基于传感网的目标探测与跟踪技术研究(3)
1.3.3 GPS定位
GPS（Global Positioning System）定位系统是依赖于卫星运行的全方位多体系的定位系统。应用非常广泛，不仅在汽车导航地面跟踪定位方面，在航空航天方面的应用更是普遍，而且我们现在的各种通讯系统也都是建立在卫星定位通信的基础上的。GPS定位系统拥有强大的人机交互功能和便捷实用的监督控制功能以及良好的用户体验，这是其他定位系统所不可比拟的。GPS的基本定位原理是：用空间高速运转的卫星的特定瞬时位置作为起始计算数据，卫星连续发送系统的信息：GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些必要的参数信息。GPS定位系统发送给用户的定位信息中至少含有未知待测目标的地理位置信息（三文坐标）和时间信息，所以每一次定位都需要在至少4枚卫星的协调工作的基础上。在全球24颗卫星覆盖的基础上，每一个用户都可以在自己的一个接收器上得到24颗卫星的数据信息，无需付费[6~7]。该系统具有全球化信息共享，定位精度高以及实时信息获取等显著优点，但其缺点也十分明显，就是该系统造价及其昂贵，而且需要十分尖端的科学技术以支持。
1.4 本课题的主要研究内容
本文主要致力于无线传感网络定位算法的研究，利用已有的理论知识和计算方法对主要算法进行分析研究和数据仿真，提出合理的假设并进行验证，利用数学模型和仿真软件对算法稳定性和误差进行分析。
论文的研究内容安排如下：
第一章阐述了本课题的研究背景以及国内外对无线传感网络的研究现状，了解到无线传感网络的优势所在，并确定研究方向在定位算法上，在非测距的基础上对TDOA算法进行改进和优化。
第二章主要列举了三种常见的定位算法Centroid、APIT和RSSI以及它们的数学模型和定位原理。
第三章重点研究TDOA定位的原理和数学模型，总结出此方法的理论技术和优势，并在此方法的基础上进行查恩算法、最小二乘算法以及加权最小二乘算法的计算，比较三种方法的精度并将精度最高的算法得到的结果进行加权质心处理。
第四章主要对上述算法进行matlab仿真，仿真比较查恩算法、最小二乘算法以及加权最小二乘算法的精度，并将精度最高的算法进行加权质心处理，得到仿真结果用以验证加权质心算法处理结果的可行性。
第2章 几种常见的节点定位算法
2.1 Centroid定位算法
质心定位算法是建立在图形的几何中心的数学思想上的，在所有的锚节点组成的不规则多变形中确定未知节点的坐标位置。求质心的方法是把多边形的各个点在坐标系中的坐标求平均值，而这个平均值就是质心的坐标。同理，在定位模型中，所有将未知节点包围起来的锚节点组成的多边形的质心即为未知节点的坐标。这就是质心定位算法的基本原理。
数学模型如下：假设在算法中的连通度阈值表示为 ，假设某一未知节点接收到信标节点的包数目为 ，同时这一未知节点发送的包数目为 ，如果 大于x，则这两个节点视为邻居节点，在仿真中给定 和x的值。之后计算某一未知节点周围所有符合这一规则的信标节点，并且得到这些节点坐标分别为 、 、…、 ，则可根据下式计算出未知节点的坐标:
(2.1)
质心定位算法的原理十分容易理解，而且不需要复杂的数学计算就可以实现节点的定位。在定位过程中锚节点单独工作，不需要设计锚节点与未知节点的配合，系统的设计也相对简单。后来的Range一Free定位算法就是在质心定位算法的基础上进行改进的。但是在质心定位算法的系统中，我们需要假设节点是理想化的工作状态并且每个节点都是合适的球型无线信号传播模型，实际节点情况却并非如此理想化，所以在定位过程中不可避免的产生各种误差，定位精度并不高，而且锚节点的排布也很大程度上影响了定位的准确性