王含蕾开题报告.docx
- 文档编号:12211041
- 上传时间:2023-04-17
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:58.65KB
王含蕾开题报告.docx
《王含蕾开题报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《王含蕾开题报告.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
王含蕾开题报告
中北大学
毕业设计开题报告
学生姓名:
王含蕾
学号:
0905094102
学院、系:
信息与通信工程学院通信工程系
专业:
信息对抗技术
设计题目:
基于阵列震动传感器的定位方法研究
指导教师:
韩焱、石雅榕
2013年3月18日
毕业设计开题报告
1.文献综述:
1.1本课题研究的背景、目的及意义
随着通信技术、微机电系统和传感技术的迅速发展,传感器网络的应用领域已经越来越广泛。
传感器网络通畅由体积小、价格低廉的传感器节点构成,这些节点具有信息收集、处理、存储和转发的能力。
传感器网路可以应用在环境监测、战场监视和状态检修等方面,而在众多应用中,目标定位一直是传感器网络应用研究的重点[1]。
位置信息对传感器网络的监测活动至关重要,事件发生的位置和获取信息的节点位置是传感器节点检测信息的重要内容,没有位置信息的监测消息往往毫无意义。
因此,确定事件发生的位置是传感器网络最基本的功能之一,对传感器网络应用的有效性起着关键作用。
定位信息除用来报告事件发生的地点外,还具有广泛的用途:
目标跟踪,实时检测目标的行动路线,预测目标的前进轨迹;进行网络管理,利用传感器节点传回的位置信息构建网络拓扑图,并实时统计网络的覆盖情况,对节点密度低的地区及时采取必要措施等[2]。
作为信息领域新兴的研究热点,传感器网络是涉及多学科交叉的研究领域,其关键技术包括网络拓扑控制、网络协议、时间同步、数据融合和管理以及定位技术。
而目标定位技术被广泛的应用[3]。
目标定位有巨大的意义,在探测敌方目标的入侵,运动方向,以及探测事件发生地点方面起着重要作用,为后面的正确决策以及采取相应的措施提供了有力的保证。
用传感器网络来进行目标的定位,主要是运用网络中的节点搜集到的关于目标的一些信息,并对信息进行一定的处理来得到目标的位置。
目标定位是传感器网络最基本的功能之一,对传感器网络应用的有效性起着关键的作用[4]。
1.2定位技术
定位技术对传感器网络来说有着特殊的意义[5]。
传感器网络存在的主要目的是完成对环境信息及敏感信息的监测。
其中三边测量法、极大似然估计法和最小最大法等定位方法应用到了传感器网络中去,实现对进入到监测区域的目标进行检测、定位和跟踪[2]。
定位研究的重点是定位算法的设计。
定位算法按照不同的参考方式分为集中式计算与分布式计算、基于测距技术的定位和无需测距技术的定位、绝对定位与相对定位[6]。
目前有很多学者都在对定位算法进行研究,并取得了一些成果。
例如Y.J.Chen和Q.Pan等人提出一种基于RSSI的自适应加权质心定位算法。
S.H.Chaudhary和A.K.Bashir等人提出一种能量高效的定位算法。
随着传感器网络研究的深入开展,其特点和优势日益显著,应用也越来越广泛[1]。
传感器网络定位可分为自定位和目标定位两种。
目前目标定位算法的一些成果:
1)文献[7]提出了一种基于追踪的目标定位算法,该算法基于这样一个事实:
当目标在传感器网络覆盖的地理区域中移动时,其运动轨迹在时间和空间上都是连续的。
一旦目标进入该区域,就已经处于某个传感器节点的监测范围中;当目标离开某个节点检测范围的同时,立即进入到其相邻节点的监测范围中,直到目标离开传感器网络所覆盖的地理区域。
它利用目标的运动轨迹进行追踪,首先找到一个曾经监测到目标的节点,然后利用相邻节点间的本地消息跟踪目标的运动轨迹[4]。
2)文献[8]提出的目标定位系统基于测量接收信号的强度(RSSI)并在汇聚节点上采用最大似然算法(ML)计算目标位置[4]。
3)文献[9]提出了一种利用阈值估计进行目标定位的算法[4]。
4)在文献[10]中,针对随机分布的传感器网络的特点,用统计学上的观点进行目标定位。
通常有两种方法解决定位问题,一种是使用特殊的硬件来进行定位,另一种是使用概率估计的方法[4]。
未来的定位算法不仅应该立足达到精确度高、分布式计算、能耗少、收敛快等传统性的目标,而且在如下几个方面也应该力求完美:
不仅能够适应真实环境,而且能够适应真实环境的变化;算法应该在各个性能之间做别良好的平衡,不能顾此失彼;安全性高,可以抵御或者过滤各静种常见酶攻击或攻击组合[11]。
1.3震动探测相关内容
1.3.1震动探测
用于探测墙壁、楼板、天花板和位置移动的各种方法中,特别是震动探测器,近年来已被证实具有重大的意义[12]。
震动探测器最主要的优点是当有盗窃危险发生的迹象时,它具有事先报警的能力[12]。
震动探测器是以探测入侵者走动或破坏活动时产生的震动信号来触发报警的探测器[13]。
震动传感器是震动探测器的核心组成部件。
它可以将因各种原因所引起的震动信号转变为模拟信号,此电信号再经过适当的信号处理电路进行加工处理后,转换为可以为报警控制器接受的电信号。
当引起的震动信号超过一定的强度时,即可触发报警[14]。
震动传感器的主要优点是,探测距离远、灵敏度高,同时,震动传感器还具有一定的目标分辨能力,不仅可区分人为震动与自然扰动,还能区分目标[15]。
1.3.2发展及应用
基于地面震动的探测系统主要是对地面运动目标进行检测,通过地震动传感器探测目标运动产生的地震动信号,通过信号处理完成目标信号的特征提取,进而对目标进行识别、定位和跟踪并根据需要进行显示与报警,无论在军用还是民用方面都有很大的应用价值[16]。
(1)军事方面的发展状况:
地震动检测系统在国外属于军事应用中无人值守地面传感器系统UGS的一种,最早出现于20实际60年代的越南战争期间美军的“热带树”无人值守传感器。
70年代美国研制出最著名的REMBASS,该系统在监视区域内没有目标时,能自动处于所谓的“休眠状态”,当有目标进入监视区域时,它能根据传感器探测的信号对目标进行判定。
80年代中期以后,该系统装备于军队,90年代进一步改进为IREMBASS系统,美国1995年研制除了更先进的系统IDEWS。
英国开发的RGS-2740系统,利用震动传感器可以区分人员、轮式车和履带车。
八十年代以来,我国开展了地面侦查系统的研究,进入九十年代以来,多家单位共同合作,主要研究震动探测等系统。
国内第一种地面战场侦查传感器系统使用的传感器就包括震动传感器。
此外,国内一些单位也先后研制出了多种利用震动进行检测的传感器系统[16]。
(2)非军事方面的发展状况:
地震动探测对于防御以及安全监测应用例如周界、国家边界以及区域保护等都是一种很重要的防护方式[16]。
参考文献
[1]陈伟光.无线传感器网络基于节点选择的目标定位跟踪算法及其应用研究.硕士学位论文.西安:
西安交通大学,2011
[2]李伟.基于无线传感器网络的区域覆盖及目标定位的研究.硕士学位论文.沈阳:
东北大学,2008
[3]袁荣超.无线传感器网络目标定位技术研究.硕士学位论文.南京:
南京邮电大学,2010
[4]周晖.无线传感器网络中目标定位的研究.硕士学位论文.上海:
上海交通大学,2008
[5]杜菲.无线传感器网络的目标定位跟踪算法研究.硕士学位论文.苏州:
苏州大学,2011
[6]崔志彦.无线传感器网络动态簇目标跟踪算法研究.硕士学位论文.大连:
大连理工大学,2009
[7]KaminWhitehouse,ChrisKarlof,AlecWoo,FredJiang,andDavidCuller.Theeffectsofrangingnoiseonmultihoplocalization:
anempiricalstudy[C],InTheInternationalConferenceonInformationProcessinginSensorNetworks,2005
[8]王正志,薄涛.进化算法[M],长沙:
国防科技大学出版社,2005,10-31
[9]PhoebusChen,SonghwaiOh,MichaelManzo.Closingtheloopinsensornetworks[C].InIEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomationVideo,2007
[10]HUJinwen,LIANGYan,PANQuan.Studyonpartialcoveragealgorithmandconnectivityofwirelesssensornetworks[J],ComputerEngineeringandApplications,2008,44(3):
24-27
[11]李新.无线传感器网络中节点定位算法的研究.博士学位论文.安徽:
中国科学技术大学,2008
[12]震动探测器.中国安防产品信息[J].1996年04期
[13]华强电子网.什么是振动探测器.技术资料.
[14]乐可利公司.震动探测器的基本工作原理.技术文章.2012
[15]王永龙.基于无线传感器网络的目标探测技术研究.硕士学位论文.太原:
中北大学,2008.5
[16]孙洁娣.基于多地震动传感器的管道安全监测预警关键技术的研究.博士学位论文.天津:
天津大学,2008
毕业设计开题报告
2.本设计拟采用的方法和手段:
2.1本设计要解决的内容
这次研究的内容是完成多路震动信号的获取、定位。
在本次设计中,需要用到传感器,它可以感受到被测量的信息,并能将信号输出。
之后,通过模拟放大器,仿真出结果。
其次,在本次设计中,会涉及到多路数据采集系统,来实现对目标信息的收集。
最后,通过编写定位定向算法,准确地确定目标的位置,对于定位定向算法,可用Matlab软件仿真来实现。
设计最后一步,是对系统进行调试。
2.2系统框图
2.3各模块介绍
2.3.1模拟放大器
运算放大器用于代表一种特殊类型的放大器,经由恰当选取的外部元件,它能够构成各种运算。
运算放大器的首次应用是在模拟计算机中。
事实上运算放大器已经持续不断地渗透到模拟和模拟-数字电子学的每个领域。
模拟运算放大器从诞生至今,已有40多年的历史了。
经过多年的发展,模拟运算放大器技术已经成熟,性能日臻完善。
运算放大器的静态技术指标一般有:
输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流、输入失调电压温漂、输入失调电流温漂、最大差模输入电压、最大共模输入电压等。
运算放大器的动态技术指标有:
开环差模电压放大倍数、差模输入电阻、共模抑制比、-3dB带宽等。
2.3.2数据采集系统
随着微电子设计技术与工艺的发展,数字集成电路从电子管、晶体管、中小规模集成电路、超大规模集成电路逐步发展到今天的专用集成电路(ASIC)。
在本次设计中,我们会在ASIC电路的基础上设计数据采集系统。
数据采集系统是将现场采集到的数据进行处理、传输、显示、存储等操作的设备。
该系统涉及到传感器技术、模拟信号处理技术、模数转换和数模转换技术、信号处理技术等。
一般来说,数据采集系统由传感器、信号调理电路、数据采集电路三部分组成。
数据采集系统的基本组成
在设计数据采集系统时,要考虑:
1)输入信号的特性;
2)数据采集系统的主要技术指标:
系统的通过速率、系统的分辨率、系统的精度;3)接口特性,包括采样数据的输出形式、数据的编码格式、与什么数据总线相接。
2.3.3Matlab
在传感器网络实际应用中,定位是传感器网络的基本功能之一。
传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置或区域发生了特定事件”,实现对外部目标的定位和追踪。
在本次设计中,对目标的定位用Matlab软件仿真实现。
MATLAB是一种高效的工程计算语言,它将计算、可视化和编程等功能集于一个易于使用的环境。
其典型应用主要包括以下几个方面:
数学计算、算法开发、数据采集、系统建模和仿真、数据分析和可视化、科学和工程绘图、应用软件开发。
2.4具体设计流程
2.4.1震动信号分析
人员走动时脚步施加于地面的激励为脉冲激励。
不同类型的目标运动时所产生的震动信号是不同的。
人的信号波形幅度变化是随着脚步的落地变化的。
2.4.2振动信号检测
振动是指物体经过它的平衡位置所作的往复运动或系统物理量在其平均值(或平衡值)附近的来回运动。
振动信号是自然界最普遍的信号之一。
振动信号最基本的模型是简谐振动,任何复杂的振动都可以分解为简谐振动的叠加。
在构建各种复杂的振动中,无外乎都是通过直接检测振动信号中相关的力学参量,感兴趣的参数也是振动信号的力学参数。
基本的振动运动参量有振动位移,振动速度,加速度。
在实际测量工作中选用什么运动量测量合适,和运动频率的大小有关系,一般来说在频率较低时,加速度数值不大,宜测量位移;而频率较高时,加速度数值较大,宜测量加速度;在中等频率时,则宜测量速度。
振动传感器的检测原理也就是基于测量位移或者加速度,通常称为惯性式测量。
传感器基本工作方式框图
振动信号测量常用的方式都是动态测量方式,加速度测量作为振动信号动态测量一个非常重要的技术指标,也是最常用来测量的一个振动运动量。
加速度的测量有多种测量方法,以下介绍几种最常用的加速度传感器。
(1)电容式加速度传感器:
将振动位移参量的变化转变成为电容量的变化。
(2)压电式加速度传感器:
基于某些晶体的压电效应,它是一种无源式传感器,直接将机械能转变成电能。
(3)光纤传感器:
将被测量转换成光的某些参数的变化来进行检测的传感器。
(4)应变式传感器:
通过测量电阻应变片的电阻阻值变化,可以检测出作用在弹性敏感元件上相应的机械量。
2.4.3定位
传感器网络的目标定位算法要具备以下一条特点:
对于静态目标,目标定位算法应尽可能的保证定位的精度,还需要考虑定位的速度。
传感器网络中的目标定位是指在某一个时刻的网络内被监测目标的空间位置。
一般有如下步骤:
首先是目标发现阶段,在这个阶段网络内一部分节点处于目标监测状态,其余节点处于睡眠态;其次是测距阶段,节点感知到目标源的特征信息,然后各节点之间相互交换信息并对不同特征进行分析得到目标的空间位置信息;最后是修正阶段。
在目标测距阶段,目标定位算法通常有以下几种分类:
根据定位过程中是否测量目标到节点的距离分为基于距离的定位算法和距离无关的定位算法,前者需测量节点与目标间的距离或者角度,然后使用三边测量定位法、三角测量定位法或者最大似然估计定位等来计算节点位置;使用这种方法的定位有基于TOA(到达时间)的定位、基于TDOA(到达时间差)的定位、基于AOA(到达角度)的定位以及基于RSSI(接受信号强度指示)的定位。
距离无关的定位不需要知道节点到目标间的具体距离或角度信息。
定位算法对定位静止物体和定位运动物体采取不同的处理。
首先通过震动传感器判断物体是否处于震动状态,假定物体运动都伴随着震动,从而判断运动与否。
目标定位算法,通过利用收到的目标信号强度对节点距离进行加权从而实现对目标的定位。
以下是目标定位算法流程图。
目标定位算法流程图
毕业设计开题报告
3.时间安排表
2013.02.25~2013.03.03查阅相关资料,了解课题的目的、背景和意义
2013.03.04~2013.03.15根据资料撰写开题报告
2013.03.15~2013.03.18修改并提交开题报告
2013.03.19~2013.05.31按照开题报告流程图具体算法实现
2013.06.13~2013.06.15报告送审,准备毕业答辩。
2013.06.16~2013.06.18毕业答辩
毕业设计开题报告
指导教师意见:
指导教师:
年月日
所在系审查意见:
系主任:
年月日
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 王含蕾 开题 报告