基于无线传感器网络节点的声源定位技术研究

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无线传感器网络是综合了传感器技术、嵌入式计算、网络及无线通信等技术的一种全新信息获取和处理技术。定位问题是传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提,也是无线传感器网络重要支撑技术之一。它由部署在监测区域内的大量传感节点组成,节点可通过测量目标的热、红外、声纳、雷达或震动等信号获取温度、光强度、噪声、压力、运动物体大小、速度和方向等目标属性,网络通过多节点协作,完成对特定目标属性或事件的感知、采集和处理,并及时告知用户。无线传感器网络具有高可靠、易部署和可扩展等特点,正逐渐受到人们的重视,并得到了迅速发展。本文把声源定位技术应用到无线传感器网络节点中。在硬件方面,设计了基于Y型阵列的声源定位系统。该系统以TI公司的数字信号处理器TMS320F2812为核心,对声阵列采集到的声信号进行互相关计算和方位角计算,达到了对声源的实时精确定位。在软件方面,首先,对互相关时延估计算法和阵列角度算法从理论上进行了仿真,仿真结果表明了算法的可行性。其次,采用DSP程序开发环境(CCS)对程序代码进行编译和优化,完成了系统各个功能模块的设计。最后,功耗是无线传感器网络的生命线。设计和实现了系统空闲、备用和休眠三种低功耗模式以及三种模式的唤醒方式,使功耗降低到正常运行状态的25%,延长了节点的工作寿命。通过对声源信号进行实测,从根本上解决了对于周期性信号的定位模糊性,提高了定位精度。测试结果表明,该定位系统最大定位误差约4.0122°,实现了对声源的精确定位。
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