基于超聲波的定位系統研究與實(shí)現

　　3 軟件系統的設計

　　軟件系統將設計的目標定位系統布置在實(shí)際的物理硬件上并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗研究。應用系統的軟件流程見(jiàn)圖2所示。

　　在初始階段，所有節點(diǎn)處于工作狀態(tài)，通過(guò)節點(diǎn)分組組件選擇值班節點(diǎn)監控覆蓋區域；當值班節點(diǎn)定位到事件后，喚醒相鄰節點(diǎn)采集數據，節點(diǎn)將收集的數據匯聚至頭節點(diǎn)，頭節點(diǎn)進(jìn)行初步處理以減少錯誤數據向網(wǎng)關(guān)傳送所引起的路由擁塞；網(wǎng)關(guān)將從底層接收到的數據傳送到具有較強處理能力的基站從而估算出發(fā)生事件的大致位置。

　　4 通訊控制結構

　　在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的通訊過(guò)程中，節點(diǎn)在無(wú)工作任務(wù)時(shí)的空閑偵聽(tīng)耗費了相當寶貴的能量資源；同時(shí)無(wú)線(xiàn)信號在轉發(fā)過(guò)程中存在丟包、串音、局部消息匯集而引起的擁塞等，在網(wǎng)絡(luò )通訊控制結構設計中必須考慮這些問(wèn)題。為提高系統的擴充性和適應性，采用構建包括節點(diǎn)分組、能量管理、路由選擇、時(shí)間同步以及定位估計等多個(gè)系統組件，方便對系統的進(jìn)一步修改和提高。

　　與目前Internet網(wǎng)絡(luò )的層結構相比，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統在實(shí)際中一般分為物理層、無(wú)線(xiàn)鏈路層、路由層和應用層，層與層之間通過(guò)接口傳遞消息。目前傳輸層并沒(méi)有被傳感器網(wǎng)絡(luò )所采用，主要是因為傳統的消息確認會(huì )造成無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能量巨大損耗，而傳感器網(wǎng)絡(luò )數據傳輸量巨大，對少量丟失的數據并不敏感，所以傳輸層在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的重要性并不大。

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)能量有限、數據傳輸率低、可靠性和安全性較差。而且在系統運行期間節點(diǎn)可能隨時(shí)會(huì )遷入、移出或因為能量耗盡而失效、位置移動(dòng)等，由此引起網(wǎng)絡(luò )拓撲結構和通訊鏈路控制結構變化。為了盡量延長(cháng)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的生存期，網(wǎng)絡(luò )通訊控制結構應盡量滿(mǎn)足以下條件：當系統處于空閑監聽(tīng)狀態(tài)時(shí)，留下少數節點(diǎn)維持基本鏈路而使其他節點(diǎn)進(jìn)入休眠；因為節點(diǎn)的可靠性相對較差，需要保證骨干鏈路的冗余度；大量節點(diǎn)發(fā)送的數據對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)是一項繁重的任務(wù)，有效運用數據融合、分布式處理等技術(shù)可減少冗余數據并降低無(wú)線(xiàn)通訊的次數；提高擴展性和魯棒性，適應節點(diǎn)遷入、移出或失效等各種變化。在應用中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的能量消耗與其在通訊過(guò)程中采用的方式有密切關(guān)系。

　　在實(shí)際環(huán)境中，通過(guò)對設定的網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域的連續定位，發(fā)現其事件準確預測率在網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍內的發(fā)現率很高，事件誤報率很低，這意味著(zhù)在實(shí)際中雖然節點(diǎn)的正確數據被發(fā)送，但同時(shí)可能在下一個(gè)時(shí)刻發(fā)送的數據是錯誤的，這也從側面說(shuō)明了采取一定措施限制誤報率的必要性。

　　對于目標定位系統而言，實(shí)時(shí)性是其關(guān)注的另外—個(gè)要點(diǎn)，如果系統不能及時(shí)將網(wǎng)絡(luò )系統的處理結果反饋，再完美的計算結果也無(wú)意義。從理論上說(shuō)，系統的延時(shí)是決定性的因素。

　　5 結束語(yǔ)

　　超聲波定位系統可用于一定范圍的無(wú)接觸定位，定位精度可達1cm。由于超聲波的傳播受環(huán)境影響較大，故不推薦在室外使用。在實(shí)際應用中根據環(huán)境和具體要求其應用電路可作適當改進(jìn)。例如可以將編碼信號直接加入到超聲波信號中，這樣的系統可直接用于對象的識別。為了增加接收靈敏度，還可以采用類(lèi)似雷達天線(xiàn)的反射裝置。本文對回波信號進(jìn)行處理，消減了噪聲的影響，較好地完成了超聲信號處理的初期工作。建立的超聲回波信號處理數學(xué)模型易于實(shí)現；目標定位精度高，避免了傳統的模擬檢測器誤差大的缺點(diǎn)，為危險性目標位置的精度定位提供了借鑒作用。