无线网络传感器的测距技术

  接收信号强度指示RSSI：根据接收到的信号强度 计算路径损耗，再将路径损耗转换成距离。 基于时间的方法（TOA、TDOA）：根据信号到达 时间或两种信号的到达时间差估算距离。

  于无线传感器网络节点的硬件和能耗限制， 通常节点间测距误差较大，因此在使用三 边测量法时常常会出现三个圆无法交于一点 的情况，这时就需要用极大似然估计近 位法。 基础原理就是寻找一个使测距距离与估算 距离之间差异最小的点，以该点为未知节 点的位置。

  已知发射功率，在接收节点测量接收功率，计算传播损耗， 使用理论或经验的信号传播模型将传播损耗转化为距离。 该技术主要使用RF信号。因传感器节点本身就具有无线通信能 力，故其是一种低功率、廉价的测距技术。 主要误差来源：无线信号的反射、多径传播、非视距，天线 增益等问题都会对相同距离产生显著不同的传播损耗。所以 常将RSSI看作一种粗糙的测距技术，有可能产生/-50%的 测距误差。

  在无线传感器网路中节点的位置信息对传 感器网络应用具备极其重大的意义，一般而言 无线传感器网络的定位技术分为基于距离 的定位和不基于距离的定位，在基于距离 的定位技术中测距信息的准确度直接影响 定位的准确度。 测距信息的准确度与测距方法又有着紧密 的关系。

  式中 ｄ为接收节点与发送节点 之间的距离, ｄ０为参考节点与 发送节点之间的距离 Ｐ(d)Ｐ (d0 )分别表示经过距离d,d0 后的路径损耗, n为同层衰减指 数 表示路径长度和路径损耗之 间的比例因子

  TOA测距法根据信号的传播速度和时间来 计算节点间的距离。 假设两个节点时间同步, 发送节点A在发送 信号的同时发送一个同步消息告知接收节 点Ｂ信号发送时间为t0 ,节点Ｂ接收信号的 同时接收同步消息并记录接收信号的时间t1, 则两节点间的距离Ｌ＝ c(t1- t0), c为信号 在介质中的传播速度.

  使用T O A 技术检验测试标签在二维平面的位置，则至少需要3个基 站。 标签发射测量信号到达 3个 以上的基站，且一定要保证时 间的同步。

  由于电磁波的传播速率很 高， 微小的误差将会在算 法中放大，使定位精度大 大降低。传播中的多径干扰、非视距以及噪声等干 扰造成的误差会 使各圆无法交汇，或者交汇处不是一个点而是一 个区域。因此，T O A对系统同步的要求很高，并且需要在信号中加时间戳，而实际参加 定位的基站一般在 3个以上，误差是不可 避免的。单纯的T O A 算 法在实际中的应用很少。

  知道参考节点A、B的位置 及未知节点D到AB的角度， 则D位于以O为圆心,以AB 为弧的圆周上，其中∠AOB = 2∠ADB。 对于每一对参考节点A、B， 计算出O的位置和半径，列 出圆方程，从而将三角测 量问题转化为多边测量问 题。

  三边测量法（tri-lateration) 如图所示，已知A、B、c三个 节点坐标分别为 (x1,y1) 、 (x2,y2)、(x3，y3)，以及它们 到未知目标节点的距离分别为 d1,d2,d3。假设目标节点的坐 标为(x,y)，那就能建立右边 的公式: 求解方程就能够得到目标节点 的位置坐标。

  T D O A技术是TOA技术的改进，最早应用于雷达系统，现在 G P S 定位系统也采用该 技术。

  精度高（可达到厘米级） 传输特性也受环境影响，但较易检测 超声传输距离短（传播距离仅为20-30英尺）,受NLOS影响

  超声波的速度对温度的变化非常敏感。 如果信标和未知节点问是非视距路径，声波可能绕过物体边缘折射或经过物

  B1，B2为信标节点。A接收B1，B2发送的信号， 以自己的参考轴为准，记录两个信号来源的角度， 从而能实现自身定位。

  各种测距方法都有自身的优缺点，单独使 用都达不到很好的性能要求，结合不同方 法会使性能提高，现实应用中比较经典的 结合方法是TDOA和AOA方法的结合。

  三边测量法（tri-lateration）：通过计算 3个圆的交点来定位节点。

  estimation）：通过最小化测量距离和估 计距离之间的差异来估计节点位置