基于Matlab仿真的区域传感器定位最佳节点布局研究

【摘要】 基于无源时差定位的方式在民用和警用上具有广泛的应用，其被动的工作方式以及隐蔽的性能在区域环境预警和监控中越来越发挥重要的作用。本文首先对振动传感器定位的原理和方法进行了阐述，对时差无源定位的算法进行了研究，明确了节点中主站与副站基线的距离以及传感器的阵形等因素决定了定位精度的高低，从而提出了多节点协同定位中最佳站址布局的方式。

【关键词】 时差定位 定位精度 传感器布站

一、多节点区域协同定位系统简介

根据工程的需要本文设计了多节点协同定位系统，本系统由节点模块、CAN通信模块、区域控制器模块、中心控制器模块、中心模块等五个模块组成。其中每一个节点中的振动传感器与区域控制器通过CAN总线进行通信，而后经过滤波电路和A/D转换电路后，通过CAN总线发送至中心控制器。中心控制器通过时差定位原理来计算出振源的具体位置[1]。

二、联合测时差定位精度算法分析

由上述分析可知二维空域的测时差定位系统主要由一个主阵和两个副阵共三个接收基阵组成。假设主阵阵址为（x0，y0），副阵i阵址为（xi，yi），测得目标（x，y），到达主阵与各副阵的距离差为[3]。由上述分析可得二维目标定位的观测方程为：

（1）

对上式方程关于x，y进行全微分得：

（2）

其中：

本式中定位几何稀释精度GDOP可以如下表示：

三、传感器阵列布局以及仿真

假设各传感器的测量时差误差的标准差都相等，其均为0.1ms，各站接收站站址测量误差为0.5m，其中主站的坐标位置为（0，0），辅站的坐标位置为（100，0）、（-100，0），待测的振源目标坐标为（x，y），则相应仿真结果如图3-1所示，而后对阵形为等边三角形的传感器分布进行Matlab仿真，得到其定位精度分布图如图3-2所示：

比较图3-1至图3-2所示的各种GDOP分布情况，可以看出，不同的基阵分布对应的GDOP分布等高线是不同的，布阵形式对于系统的定位精度有很大影响。

四、总结与展望

本文首次简要概述了多节点区域协同定位的系统，而后对时差定位精度算法进行了分析，进而探索了节点内部传感器的阵列布局，通过Matlab仿真实验，可以直观形象的得到其分布情况，对最佳节点布局提供了具体的参考方向。