基于超声波的定位系统研究与实现

　　3 软件系统的设计

　　软件系统将设计的目标定位系统布置在实际的物理硬件上并进行相关实验研究。应用系统的软件流程见图2所示。

　　在初始阶段，所有节点处于工作状态，通过节点分组组件选择值班节点监控覆盖区域；当值班节点定位到事件后，唤醒相邻节点采集数据，节点将收集的数据汇聚至头节点，头节点进行初步处理以减少错误数据向网关传送所引起的路由拥塞；网关将从底层接收到的数据传送到具有较强处理能力的基站从而估算出发生事件的大致位置。

　　4 通讯控制结构

　　在网络节点的通讯过程中，节点在无工作任务时的空闲侦听耗费了相当宝贵的能量资源；同时无线信号在转发过程中存在丢包、串音、局部消息汇集而引起的拥塞等，在网络通讯控制结构设计中必须考虑这些问题。为提高系统的扩充性和适应性，采用构建包括节点分组、能量管理、路由选择、时间同步以及定位估计等多个系统组件，方便对系统的进一步修改和提高。

　　与目前Internet网络的层结构相比，无线传感器网络系统在实际中一般分为物理层、无线链路层、路由层和应用层，层与层之间通过接口传递消息。目前传输层并没有被传感器网络所采用，主要是因为传统的消息确认会造成无线传感器网络能量巨大损耗，而传感器网络数据传输量巨大，对少量丢失的数据并不敏感，所以传输层在无线传感器网络中的重要性并不大。

　　无线传感器网络中节点能量有限、数据传输率低、可靠性和安全性较差。而且在系统运行期间节点可能随时会迁入、移出或因为能量耗尽而失效、位置移动等，由此引起网络拓扑结构和通讯链路控制结构变化。为了尽量延长无线传感器网络的生存期，网络通讯控制结构应尽量满足以下条件：当系统处于空闲监听状态时，留下少数节点维持基本链路而使其他节点进入休眠；因为节点的可靠性相对较差，需要保证骨干链路的冗余度；大量节点发送的数据对整个网络来说是一项繁重的任务，有效运用数据融合、分布式处理等技术可减少冗余数据并降低无线通讯的次数；提高扩展性和鲁棒性，适应节点迁入、移出或失效等各种变化。在应用中，无线传感器网络节点的能量消耗与其在通讯过程中采用的方式有密切关系。

　　在实际环境中，通过对设定的网络覆盖区域的连续定位，发现其事件准确预测率在网络覆盖范围内的发现率很高，事件误报率很低，这意味着在实际中虽然节点的正确数据被发送，但同时可能在下一个时刻发送的数据是错误的，这也从侧面说明了采取一定措施限制误报率的必要性。

　　对于目标定位系统而言，实时性是其关注的另外—个要点，如果系统不能及时将网络系统的处理结果反馈，再完美的计算结果也无意义。从理论上说，系统的延时是决定性的因素。

　　5 结束语

超声波定位系统可用于一定范围的无接触定位，定位精度可达1cm。由于超声波的传播受环境影响较大，故不推荐在室外使用。在实际应用中根据环境和具体要求其应用电路可作适当改进。例如可以将编码信号直接加入到超声波信号中，这样的系统可直接用于对象的识别。为了增加接收灵敏度，还可以采用类似雷达天线的反射装置。本文对回波信号进行处理，消减了噪声的影响，较好地完成了超声信号处理的初期工作。建立的超声回波信号处理数学模型易于实现；目标定位精度高，避免了传统的模拟检测器误差大的缺点，为危险性目标位置的精度定位提供了借鉴作用。