无线传感器网络定位技术综述
文章出处：发布时间：2011/07/22 | 3934 次阅读| 9次推荐| 0条留言
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摘要：首先介绍无线传感器网络定位技术的相关术语、评价标准等基本概念及定位算法的分类方法；重点从基于测距和非测距两个方面介绍无线传感器网络的主要定位方法，并研究和分析若干新型无线传感器网络定位方法，主要包括基于移动锚节点的定位算法、三维定位算法和智能定位算法。从实用性、应用环境、硬件条件、供能及安全隐私等方面出发总结当前无线传感器网络定位技术存在问题并给出可行的解决方案后，展望未来的研究前景与应用发展趋势。
1 引言
无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术在目标跟踪、入侵监测及一些定位相关领域有广泛的应用前景。然而，无论是在军事侦察或地理环境监测，还是交通路况监测或医疗卫生中对病人的跟踪等应用场合，很多获取的监测信息需要附带相应的位置信息，否则，这些数据就是不确切的，甚至有时候会失去采集的意义，因此网络中传感器节点自身位置信息的获取是大多数应用的基础。首先，传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置发什么了什么事件”，从而实现对外部目标的定位和跟踪；其次，了解传感器节点的位置分布状况可以对提高网络的路由效率提供帮助，从而实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自动配置，改善整个网络的覆盖质量。因此，必须采取一定的机制或算法来实现无线传感器网络中各节点的定位。
无线传感器网络定位最简单的方法是为每个节点装载全球卫星定位系统（GPS）接收器，用以确定节点位置。但是，由于经济因素、节点能量制约和GPS 对于部署环境有一定要求等条件的限制，导致方案的可行性较差。因此，一般只有少量节点通过装载GPS 或通过预先部署在特定位置的方式获取自身坐标。另外，无线传感器网络的节点定位涉及很多方面的内容，包括定位精度、网络规模、锚节点密度、网络的容错性和鲁棒性以及功耗等，如何平衡各种关系对于无线传感器网络的定位问题非常具有挑战性。可以说无线传感器网络节点自身定位问题在很大程度上决定着其应用前景。因此，研究节点定位问题不仅必要，而且具有很重要的现实意义。
2 WSN 定位技术基本概念
2.1 定位方法的相关术语
1）锚节点（anchors）：也称为信标节点、灯塔节点等，可通过某种手段自主获取自身位置的节点；
2）普通节点（normal nodes）：也称为未知节点或待定位节点，预先不知道自身位置，需使用锚节点的位置信息并运用一定的算法得到估计位置的节点；
3）邻居节点（neighbor nodes）：传感器节点通信半径以内的其他节点；
4）跳数（hop count）：两节点间的跳段总数；
5）跳段距离（hop diSTance）：两节点之间的每一跳距离之和；
6）连通度（cONnectivity）：一个节点拥有的邻居节点的数目；
7）基础设施（infrastructure）：协助节点定位且已知自身位置的固定设备，如卫星基站、GPS 等。
2.2 定位方法的性能评价标准
无线传感器网络定位性能的评价标准主要分为7 种，下面分别进行介绍。
1）定位精度。定位技术首要的评价指标就是定位精确度，其又分为绝对精度和相对精度。绝对精度是测量的坐标与真实坐标的偏差，一般用长度计量单位表示。相对误差一般用误差值与节点无线射程的比例表示，定位误差越小定位精确度越高。
2）规模。不同的定位系统或算法也许可以在一栋楼房、一层建筑物或仅仅是一个房间内实现定位。
另外，给定一定数量的基础设施或一段时间，一种技术可以定位多少目标也是一个重要的评价指标。
3）锚节点密度。锚节点定位通常依赖人工部署或使用GPS 实现。人工部署锚节点的方式不仅受网络部署环境的限制，还严重制约了网络和应用的可扩展性。而使用GPS 定位，锚节点的费用会比普通节点高两个数量级，这意味着即使仅有10%的节点是锚节点，整个网络的价格也将增加10 倍，另外，定位精度随锚节点密度的增加而提高的范围有限，当到达一定程度后不会再提高。因此，锚节点密度也是评价定位系统和算法性能的重要指标之一。
4）节点密度。节点密度通常以网络的平均连通度来表示，许多定位算法的精度受节点密度的影响。
在无线传感器网络中，节点密度增大不仅意味着网络部署费用的增加，而且会因为节点间的通信冲突问题带来有限带宽的阻塞。
5）容错性和自适应性。定位系统和算法都需要比较理想的无线通信环境和可靠的网络节点设备。
而真实环境往往比较复杂，且会出现节点失效或节点硬件受精度限制而造成距离或角度测量误差过大等问题，此时，物理地维护或替换节点或使用其他高精度的测量手段常常是困难或不可行的。因此，定位系统和算法必须有很强的容错性和自适应性，能够通过自动调整或重构纠正错误，对无线传感器网络进行故障管理，减小各种误差的影响。
6）功耗。功耗是对无线传感器网络的设计和实现影响最大的因素之一。由于传感器节点的电池能量有限，因此在保证定位精确度的前提下，与功耗密切相关的定位所需的计算量、通信开销、存储开销、时间复杂性是一组关键性指标。
7）代价。定位系统或算法的代价可从不同的方面来评价。时间代价包括一个系统的安装时间、配置时间、定位所需时间；空间代价包括一个定位系统或算法所需的基础设施和网络节点的数量、硬件尺寸等；资金代价则包括实现一种定位系统或算法的基础设施、节点设备的总费用。
上述7 个性能指标不仅是评价无线传感器网络自身定位系统和算法的标准，也是其设计和实现的优化目标。为了实现这些目标的优化，有大量的研究工作需要完成。同时，这些性能指标相互关联，必须根据应用的具体需求做出权衡以设计合适的定位技术。
3 主要的WSN 定位方法
WSN 的定位方法较多, 可以根据数据采集和数据处理方式的不同来进行分类。在数据采集方式上，不同的算法需要采集的信息有所侧重，如距离、角度、时间或周围锚节点的信息，其目的都是采集与定位相关的数据，并使其成为定位计算的基础。在信息处理方式上，无论是自身处理还是上传至其他处理器处理，其目的都是将数据转换为坐标，完成定位功能。目前比较普遍的分类方法有3 种：
1）依据距离测量与否可划分为：测距算法和非测距算法。其中测距法是对距离进行直接测量，非测距法依靠网络连通度实现定位，测距法的精度一般高于非测距法，但测距法对节点本身硬件要求较高，在某些特定场合，如在一个规模较大且锚节点稀疏的网络中，待定位节点无法与足够多的锚节点进行直接通信测距，普通测距方法很难进行定位，此时需要考虑用非测距的方式来估计节点之间的距离，两种算法均有其自身的局限性；2）依据节点连通度和拓扑分类可划分为：单跳算法和多跳算法。单跳算法较多跳算法来说更加的简便易行，但是存在着可测量范围过小的问题，多跳算法的应用更为广泛，当测量范围较广导致两个节点无法直接通信的情况较多时，需要多跳通信来解决；3）依据信息处理的实现方式可划分为：分布式算法和集中式算法。以监测和控制为目的算法因为其数据要在数据中心汇总和处理，大多使用集中式算法，其精度较高，但通信量较大。分布式算法是传感器节点在采集周围节点的信息后，在其自身的后台执行定位算法，该方法可以降低网络通信量，但目前节点的能量、计算能力及存储能力有限，复杂的算法难以在实际平台中实现。
普遍认为基于测距和非测距的算法分类更为清晰，本文以其为分类原则介绍主要的WSN 定位方法。此外，由于目前非测距算法大多为理论研究，且实用性较差，因此，本文将着重介绍基于测距的定位方法。
3.1 基于测距的算法
基于测距的算法通常分为2个步骤，首先利用某种测量方法测量距离（或角度），接着利用测得的距离（或角度）计算未知节点坐标。下面分别进行介绍。
3.1.1 距离的测量方法
本节将详细说明3 种主流的测量方法，第一种是基于时间的方法，包括基于信号传输时间的方法（time of arrival, TOA）和基于信号传输时间差的方法（time difference of arrival, TDOA）；第二种是基于信号角度的方法（angle of arrival, AOA）；第三种是基于信号接收信号强度的方法（received signal strengthindicator, RSSI）方法。下面分别进行介绍。
1）基于时间的方法
a. 基于信号传输时间的方法：
TOA 技术通过测量信号的传播时间来计算距离，该技术可分为单程测距和双程测距，单程测距即信号只传输一次，双程测距即信号到达后立即发回。前者需要两个通信节点之间具有严格的时间同步，后者则不需要时间同步，但是本地时钟的误差同样会造成很大的距离偏差。最典型的应用就是GPS 定位系统。
优点：测量方法简单且能取得较高的定位精度。
缺点：Ⅰ。精确计时难。通常传感节点之间通信都采用无线电信号，由于无线电的传输速度非常快，而传感节点之间的距离又较小，这使得计算发送节点和接收节点之间的信号传输时间非常困难。因此利用此技术定位的节点需要采用特殊硬件来产生用于发送和接收的慢速无线信号。Ⅱ。高精度同步难。
有些算法还需要接收节点和发送节点之间具有严格的时间同步，时间同步的问题现在也是无线传感器网络中的一个研究热点并且没有完全解决，这也限制了算法的实用性。Ⅲ。易受噪声影响。在空间传输的信号会受到各种噪声的影响，所以即使在不同的测量中得到了相同的信号传输时间也不能断定这两次测量中的发送节点和接收节点间的距离是相同的。
最早的TOA 距离估计算法是在非时间同步网络中利用对称双程测距协议进行测量的。之后，单边测距方法在后续的研究中被提出，如Harter 开发的Active Bat 定位系统[10], 它由一系列固定在网格中的节点组成。固定节点从移动节点中接收超声波，并通过TOA 算法计算到移动节点的距离，在通信范围30 m 左右的情况下，其定位精度达到9 cm, 相对精度9.3%。但TOA 只有在视距（line-of-sight, LOS）的情况下才比较精确，在非视距（none line-of-sight, NLOS）情况下，随着传播距离的增加测量误差也会相应增大。综述了在视距和非视距情况下多种TOA 距离估计方法所需要的复杂度，先验知识和实验结果等。Hangoo Kang 等人在多径环境下利用基于啁啾展频技术（chirp spread spectrum, CSS）和对称双边双向测距技术（symmetric double sided two-wayranging, SDS-TWR）的TOA 定位系统中提出了误差补偿算法，取得了较好的定位效果, 在此基础上Andreas Lewandowski 等人提出了一种加权的TOA 算法, 该算法应用于工业环境下，可提高系统容错性，降低自身对测距系统的干扰，在7 m×24.5 m 的范围内，测距误差小于3 m。
b. 基于信号传输时间差的方法：
TDOA 测距技术广泛应用于无线传感器网络的定位方案中。通常在节点上安装超声波收发器和射频收发器，测距时锚节点同时发送超声波和电磁波，接收节点通过两种信号到达时间差来计算两点之间距离。
优点：在LOS 情况下能取得较高的定位精度。
缺点：Ⅰ。硬件需求较高。传感节点上必须附加特殊的硬件声波或超声波收发器，这会增加传感节点的成本；Ⅱ。传输信号易受环境影响。声波或者超声波在空气中的传输特性和一般的无线电波不同，空气的温度、湿度或风速都会对声波的传输速度产生较大的影响，这就使得距离的估计可能出现一定的偏差，使用超声波与RF 到达时间差的测距范围为5～7 m, 实用性不强，且超声波传播方向单一，不适合面向多点传播；Ⅲ。应用场合单一。测距的前提是发送节点和接收节点之间没有障碍物阻隔，在有障碍物的情况下会出现声波的反射、折射和衍射，此时得到的实际传输时间将变大，在这种传输时间下估算出的距离也将出现较大的误差。
由MIT 开发出的Cricket 室内定位系统最早采用了RF 信号与超声波信号组合的TDOA测距技术，在2 m×2 m×2.5 m 的范围内，该系统定位精度在10 cm以下，现已成为Crossbow 的商业化产品。加利福尼亚大学洛杉矶分校的Medusa 节点在AHLos定位系统之间传输距离为3 m 左右时，测距精度能够达到厘米级别。加州大学伯克利分校开发的Calamari定位系统均采用TDOA 超声波测距, 在144 m2 的区域部署49 个节点，平均定位误差达到0.78 m, 文献对于声波收发器的方向单一性问题，给出了两种解决方法：一是将多个传感器调整成向外发射的形状；二是在节点的平面上使用金属圆锥来均匀地传播和收集声波能量。结合TDOA 测距机制和NTP 协议时间同步原理, 一些学者提出了时间同步与节点测距混合算法，结合基于到达时间差的测距机制和网络时间协议中的时钟同步机制，通过逆推时间非同步情况下相互测距的意义，不仅能实现时间同步，还可以实现相对测距甚至绝对测距。
基于时间的定位方法的定位精度虽高，但从上面的例子中可以看出其测距距离较短，且附加的硬件将增加节点的体积和功耗，不适于实际应用。
2）基于信号到达角度的方法
AOA 测距技术依靠在节点上安装天线阵列来获得角度信息。由于大部分节点的天线都是全向的，无法区分信号来自于哪个方向。因此该技术需要特殊的硬件设备如天线阵列或有向天线等来支持。
优点：能够取得不错的精度。
缺点：传感节点最耗能的部分就是通信模块，所以装有天线阵列的节点的耗能、尺寸以及价格都要超过普通的传感节点，与无线传感器网络低成本和低能耗的特性相违背，所以实用性较差。
关于AOA 定位的文献比较少，最早提出在室内采集方向信息，并以此实现定位的方法，它的硬件部分包括微控制器、RF 接收器、5 个排成“V”型的超声波接收器，其测量误差精度为5°。随后，一些学者提出了在只有部分节点有定位能力的情况下确定所有节点的方向和位置信息的算法。
3）基于接收信号强度的方法
RSSI 是在已知发射功率的前提下，接收节点测量接收功率，计算传播损耗，并使用信号传播模型将损耗转化为距离。
优点：低成本。每个无线传感节点都具有通信模块，获取RSSI 值十分容易，无需额外硬件。
缺点：1）锚节点数量需求多。由于RSSI 值在实际应用中的规律性较差，使得利用RSSI 信息进行定位的算法在定位精度以及实用性上存在缺陷。所以为了达到较高的定位精度，利用RSSI 信息进行定位的算法通常需要较多数量的锚节点。2）多路径反射、非视线问题等因素都会影响距离测量的精度。
早期的RSSI 距离测量方法有Hightower 等人设计的室内定位SpotON tags 系统，通过RSSI 方法来估计两点间的距离，通过节点间的相互位置来进行定位，在边长3 m 的立方体内，其定位精度在1 m 以内。目前，基于RSSI 值的距离测量方法可以分为2 种，一种是需要预先测试环境信息的方法，即在实验开始前，对定位的区域进行大量的RSSI 值测试，将不同点得到的RSSI 值保存到数据库中，建成场强图或拟合曲线，在实际测试时查询和调用。另外一种是无需预先测试环境信息的方法，直接在定位区域进行节点布置和定位，如双曲线模型法，迭代的分布式算法，结合露珠洪泛思想引入RSSI 机制的HCRL（hop-count-ratio based localization）算法等。
总体来说，需要预先测试环境参数的方法在实际定位中计算量小，这类方法只需要简单的查表或根据拟合曲线进行计算，其缺点是实验前需要做大量的准备工作，而且一旦环境改变则预先建立的模型将不再适用。无需预先测试环境参数的方法需要定位引擎的计算操作，往往具有复杂的计算过程，但适应性较强。
以上几种测距方法各有利弊，以2009 年发表的基于测距法的文献来看，研究RSSI 方法的大约占了以上几种方法总数的52%, TOA 方法25%, TDOA 方法13%和AOA 方法10%, 其比例图如图1 所示，从实用性的角度来看，基于RSSI 的定位方法更简便易行，因此，基于RSSI 测距方法的研究占基于测距算法研究总数的一半以上。
图1 各类方法研究比例图
3.1.2 节点坐标计算方法
无线传感器节点定位过程中，当未知节点获得与邻近参考节点之间的距离或相对角度信息后，通常使用以下原理计算自己的位置。
1）三边测量法是一种基于几何计算的定位方法，如图2 所示，已知3 个节点A, B, C 的坐标以及3 点到未知节点的距离就可以估算出该未知点D 的坐标，同理也可以将这个结果推广到三维的情况。
2）三角测量法也是一种基于几何计算的定位方法，如图3 所示，已知3 个节点A, B, C 的坐标和未知节点D 与已知节点A, B, C 的角度，每次计算2 个锚节点和未知节点组成的圆的圆心位置如已知点A, C与D的圆心位置O, 由此能够确定3 个圆心的坐标和半径。最后利用三边测量法，根据求得的圆心坐标就能求出未知节点D 的位置。
图2 三边测量法原理示意图
图3 三角测量法原理示意图
3）极大似然估计法。如图4 所示，已知n 个点的坐标和它们到未知节点的距离，列出坐标与距离的n 个方程式，从第1 个方程开始，每个方程均减去最后一个方程，得到n?1 个方程组成的线性方程组，最后用最小二乘估计法可以得到未知节点的坐标。
图4 极大似然估计法原理示意图
4）极小极大定位算法，在无线传感器网络定位中也被广泛使用。如图5 所示，计算未知节点与锚节点的距离，接着锚节点根据与未知节点的距离d, 以自身为中心，画以2d 为边长的正方形，所有锚节点做出的正方形中重叠的部分的质心就是未知节点的坐标。针对极小极大定位算法对锚节点密度依赖过高的问题，有学者利用锚节点位置信息提出了分步求精定位算法，该算法在只利用适量的锚节点的情况下可达到较高定位精度。
图5 极小极大定位算法原理示意图
文献[35]在12 m×19.5 m 的范围内对上述三边测量法、极大似然估计法和极小极大法方法的计算量和精度进行了测试。实验表明，极大似然估计法的计算量最大，锚节点小于10 个时，极小极大法的计算量最小，在锚节点较少情况下，三边法和极小极大法的精确度较高，而当锚节点超过6 个时，极大似然估计法精确度更高。因此，在计算坐标时要根据实际情况合理选择坐标计算方法。另外，针对现存的定位算法都是假设信标节点不存在误差，与真实情况不符的情况，文献[36]
提出信标优化选择定位算法（OBS），即通过减小定位过程中的误差传递来提高定位精度。
3.2 基于非测距的算法
基于非测距的算法与测距法的区别在于前者不直接对距离进行测量，而是使用网络的连通度来估计节点距锚节点的距离或坐标，由于方法的不确定性，基于非测距的方法众多。下面按时间顺序，介绍部分典型非测距定位算法。
Bulusu 等人提出了一个单跳，低功耗的算法，它利用锚节点的连通性来确定坐标。未知节点的坐标通过计算无线电范围内所有节点的质心获得。节点将自己定位在与它们表现相近节点的质心处，该算法虽然简单，但误差较大，需要的锚节点密度较高。约90%节点的定位精度在锚节点分布间距的1/3以内。
He 等人提出了APIT 算法，目标节点任选3 个相邻锚节点，测试未知节点是否位于它们所组成的三角形中。使用不同锚节点组合重复测试直到穷尽所有组合或达到所需定位精度。最后计算包含目标节点的所有三角形的交集质心，并以这一点作为目标节点位置，该算法需要较高的锚节点密度，其定位精度为40%。
Niculescu 等人提出了DV-Hop 定位算法，它从网络中收集相邻节点信息，计算不相邻节点之间最短路径。DV-Hop 算法使用已知位置节点的坐标来估测一个跳跃距离，并使用最短路径的跳跃距离估计未知节点和锚节点的距离，该算法仅适用于各向同性的密集网络，当锚节点密度为10%时，定位误差为33%。
Radhika 等人提出的Amorphous Positioning 算法，使用离线的跳跃距离估测，同DV-Hop 算法一样，通过一个相邻节点的信息交换来提高定位的估测值，需要预知网络连通度，当网络连通度为15 时，定位精度20%。
Savvides 等人介绍了一种N-Hop multilateration算法，使用卡尔曼滤波技术循环求精，该算法避免了传感器网络中多跳传输引起的误差积累并提高了精度，节点通信距离为15 m, 当锚节点密度为20%,测距误差为1 cm 时，定位误差为3 cm。
Capkun 等人提出了self-positioning algorithm（SPA），该算法首先根据通信范围在各个节点建立局部坐标系，通过节点间的信息交换与协调，建立全局坐标系统，网络中的节点可以在与它相隔N 跳的节点建立的坐标系中计算自己的位置。
综上可知，非测距算法多为理论研究，其定位精度普遍较低并且与网络的连通度及节点的密集程度密切相关，因此，其适用范围有一定的局限性，在进行无线传感器网络定位技术研究过程中应更多地考虑基于测距的定位算法。
4 新型WSN 定位研究分析
除了传统的定位方法，新型的无线传感器网络定位算法也逐渐出现，如利用移动锚节点来定位未知节点、在三维空间内定位未知节点、以及采用智能定位算法来提高定位精度等，下面分别介绍。
4.1 基于移动锚节点的定位算法
利用移动锚节点定位可以避免网络中多跳和远距离传输产生的定位误差累计，并且可以减少锚节点的数量，进而降低网络的成本。如MBAL（mobilebeacon assisted localization scheme）定位方法，锚节点在移动过程中随时更新自身的坐标，并广播位置信息。未知节点测量与移动节点处于不同位置时的距离，当得到3 个或3 个以上的位置信息时，就可以利用三边测量法确定自己的位置，进而升级为锚节点。此外，移动锚节点用于定位所有未知节点所移动的路径越长则功耗越大，因此对移动锚节点的活动路径进行合理规划可以减小功耗。
文献[48]提出了一种基于加权最小二乘法的移动锚节点定位距离估计算法，作者首先建立一个移动模型，锚节点沿着线性轨迹移动，使用加权最小二乘法来减小距离估计误差，并在Cramér-Raobound（CRB）的基础上分析了距离估计的最小误差边界，该算法在距离估计和位置估计方面都有较好的性能。
利用移动锚节点自身的可定位性和可移动性可定位网络局部相关节点，但移动锚节点的路径规划算法和采取的定位机制需要深入考虑。2009 年发表的关于WSN 定位的文章中，约25%是关于移动节点定位的。
4.2 三维定位方法
随着传感器网络的空间定位需求不断提升，三维空间场景下的定位也成为了一个新的研究方向。
目前的三维定位算法包括基于划分空间为球壳并取球壳交集定位的思想，提出的对传感器节点进行三维定位的非距离定位算法APIS（approximatepoint in sphere）。在此基础上针对目前三维定位算法的不足，提出的基于球面坐标的动态定位机制，该机制将定位问题抽象为多元线性方程组求解问题，最终利用克莱姆法则解决多解、无解问题。建立了WSN 空间定位模型并结合无线信道对数距离路径衰减模型，为解决不适定型问题提出了Tikhonov 正则化方法，并结合偏差远离方便的得到了较优的正则化参数，在3.5 m×6 m×3 m 的区域内定位精度可控制在2 m。
三维定位方法可扩展WSN 的应用场合，目前三维定位在许多方面还有待完善，如获取更准确的锚节点需要寻求更精确的广播周期和消息生存周期，缩减定位时间需要改进锚节点的选择和过滤机制等。
4.3 智能定位算法
随着电子技术的发展和芯片计算能力的提高，传感器网络节点本身的性能也有提升，复杂算法也可以在网络中实现。因此，智能定位算法也纷纷被提出。
对于无线传感器网络的户外三维定位，将锚节点固定在直升机上通过GPS 实时感知自身位置，采用基于RSSI 的测距方法，利用粒子滤波定位技术实现定位，该方法不需要任何关于未知节点的先验知识，非常适合应用于户外定位。
神经网络对于解决无线传感器网络的定位问题是一个切实可行的办法，将3 种神经网络：多层感知神经网络，径向基函数神经网络和递归神经网络与卡尔曼滤波的2 个变形进行比较，可以根据不同情况下的定位需求灵活选择定位方法。使用神经网络和网格传感器训练的灵活的模型，可以提高定位精度，且不需要额外的硬件支持。网络训练每隔一段时间进行一次更新来最小化误差，并且通过增加网格节点密度来提高定位精度。
对于节点定位中的非视距问题，常规的办法是采用机器学习中的支持向量回归（support vector regression,SVR）方法进行定位以降低误差，但其定位精度仍然受到一定的非视距误差影响，为了降低这种影响，研究人员提出了基于直推式回归的定位算法。利用锚节点的坐标和TOA 信息并借用核函数直接推导出未知节点的位置，进一步提高定位精度。
虽然智能定位算法已经成为一个新的研究方向，但由于WSN 网络本身属于低能耗的网络，单个节点的计算能力还比较低，目前智能定位算法不普遍适用于实际的WSN 定位系统，但随着低功耗技术、微处理器技术、FPGA 技术的发展，智能定位算法将在未来的定位系统中得到广泛的应用。
5 研究前景与应用分析
截至目前，无线传感器网络定位研究已广泛开展并取得了许多研究成果，但仍存在着一些没有被解决或被发现的问题，目前最为关键的问题仍然是WSN 节点的能耗问题，一切的定位算法应该在精度和能量消耗上选取一个较为折衷的效果。下面将对目前存在的问题及相应可能的解决方案进行介绍。
1）实用性差。大部分基于非测距的定位算法只是停留在理论研究阶段，且大都是在仿真环境下进行的，需要假设很多不确定因素，而这些因素在实际应用中往往不能满足，则这些算法就失去了实际的意义。因此定位算法的设计应该更多的从实际应用上考虑，结合实际应用情况设计实用的定位算法。
2）应用环境单一。多数的算法都是针对特定的应用场景进行设计的，也就是说，每个算法都只能解决特殊的问题或应用于特定的场景，一旦环境发生变动，算法或系统的测量误差将增大甚至不再适用。因此，探索更具通用性的定位算法或定位系统，将其应用于更为复杂多变的环境中是一项新的挑战。
3）受硬件限制。在实际定位中，一些算法由于受到传感器节点硬件成本和性能的限制，如某些算法需要在定位节点上增加GPS, 超声波收发器，有向天线阵列等设备，增加了节点硬件成本，阻碍了其在实际定位系统中的应用。因此，算法设计应多考虑WSN 节点的实际情况，如只在部分节点上增加额外硬件，或根据实际节点资源受限情况采用其他定位算法等。
4）能量受限。测量精度、容错性和能量消耗等问题也是目前无线传感器网络研究的热点，更是定位技术研究的热点。通常情况下，高测量精度和低能量消耗不可兼得，往往需要在测量精度和能量消耗上进行有效的折衷。因此，可以在提高储能设备的容量，或利用可能的外界环境资源为节点提供能量方向进行研究，另外，提出高效、节能、符合实际情况的无线传感器网络定位算法将具有现实的意义。
5）安全和隐私问题。在大范围部署的无线传感器网络中，安全和隐私的问题也是一个主要的研究方向。一方面，一些应用需要节点位置信息，另一方面，向一些不需要知道位置的节点透露位置信息则会使网络面临安全问题。此外，鉴于无线传感器网络的性质，集中式算法在后台处理定位程序也使得节点的位置信息通过层层传递被过多的节点所知晓，因此分布式算法相对于集中式算法可以减少信息传递次数，增强网络安全性，另外，在网络通信中使用信息加密也可以提高网络安全性。就2009 年发表的定位相关文章来说，每4 篇发表的文章中就有1 篇提出的是分布式算法。
未来的无线传感器网络定位在解决上述问题之后将广泛应用于各类领域，包括安全定位、变化的环境、三维空间等。
6 结论
结合近年来无线传感器网络定位技术的发展状况，对无线传感器网络定位的基本概念、评价标准以及国内外研究现状进行了概述，重点对基于测距和基于非测距的无线传感器网络定位算法进行了分析，并列举了一些新型WSN 定位的算法，总结了目前无线传感器网络定位领域研究存在的问题和一些可以研究的内容和方向。希望本文能够为无线传感器网络定位相关领域的研究者提供一些参考和借鉴。
第一章现代高新技术概述 课时安排：2学时 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 了解高新技术的概念，理解高新技术的特征、了解863计划。 重点：高新技术的特征 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 一、高新技术的概念： 是高技术和新技术的简称。高技术概念出现在20世纪60年代。 高技术是建立在现代科学技术全面发展基础上，处于当代科学技术前沿，对提高生产力、促进社会文明、增强国防实力起先导作用、并能形成产业的先进技术群。对一个国家或一个地区的政治、经济和军事等各方面的进步产生深远影响。 新技术并非简单指新的技术,它是对当代科学技术领域里带有方向性的最新、最先进的若干技术的总称。 二、高技术的崛起 1、现代科学革命的产生 相对论的建立：爱因斯坦的相对论否定了牛顿的绝对时空观，指出时间和空间随着物质的运动而变化。认为质量和能量可以相互转化，能量等于质量乘以光速的平方。体现的哲学思想：(1)事物是不断向前发展的。(2)社会存在决定社会意识 量子力学的建立：量子力学（Quantum Mechanics)是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。 2、高技术的诞生标志： 1942年12月2日世界上第一座核反应堆的运行，标志着当代高新技术的产生。 3、20世纪科学技术的重大突破
1942年12月2日世界第一座核反应堆运行； 1945年7—8月原子弹爆炸； 1946年第一台计算机问世； 1947年半导体晶体管在贝尔实验室发明； 1957年第一颗人造地球卫星发射成功； 1958年第一块集成电路制成； 1969年人类第一次登上月球； 1972年分子遗传学的建立； 三、高技术的主要领域 高新技术包括生物技术、信息技术、新能源技术、新材料技术、空间技术、海洋技术等。 1．信息技术 现代信息技术是一门综合性很强的技术，它包含微电子技术、计算机技术、数字通信技术、多媒体技术、网络技术、光纤通信技术，卫星通信技术、遥感、遥测技术、遥控技术以及人工智能等各种高技术。现代信息技术的主要特征是：各种信息的数字化和信息传递、信息处理的计算机化和网络化。 2．生物技术 应用于有生命物质的技术。可以划分为传统生物技术和现代生物技术两种。现代生物技术一般包括基因工程、细胞工程、微生物工程与酶工程四大领域。 3．新能源技术 能源指能够提供出能量的自然资源。能源是人类生存的物质基础，社会经济发展的原动力。人类利用能源大致经历柴草、煤炭、石油三个时期，现在人类面临能源短缺问题 4．新材料技术 材料指人类能用来制造有用器物的物质。材料是人类生存和发展的物质基础，是人类社会文明的重要支柱。新材料，主要是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料更为优异性能的一类材料。材料、能源和信息技术已成为现代文明的三大支柱。 5．航天技术
电子技术》课程标准 课程代码：适用专业：电气自动化制订 系部：机电工程系制订时间： 2018 年 2 月
《电子技术》课程标准 一、课程概述 （一）课程定位 本课程标准依据机电一体化技术专业标准中的人才培养目标和培养规格以及对《电子技术》课程教学目标要求而制订，用于指导《电子技术》课程教学 与课程建设。 本课程是电气自动化专业的一门公共学习领域专业基础课程，是一门基于职业能力分析，以模拟电子电路为载体，将典型模拟电路设计、调试与应用有机融合的理论性、实践性都较强的课程。 本课程的任务是使学生掌握电子技术方面的基本理论和基本知识，为学习后 续专业课准备必要的知识，并为从事有关实际工作奠定必要的基础。通过项目训练，使学生具备识别与选用元器件的能力；电路识图与绘图的能力；对电子电路进行基本分析、计算的能力；对典型电路进行设计、调试、检测与维修的职业能力和职业素养。通过逻辑思维能力训练，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，自主学习能力，训练学生的创新能力。 （二）先修后续课程 本课程的前导课程为：高等数学、电工技术，使学生具备基本的电子元器件检测能力、电路识图绘图能力、电路设计和分析能力。本课程为后续专业课程电气控制技术、PLC 技术、电气设备故障与维护的学习提供知识储备和技能储备，同时培养学生解决问题的方法能力和社会能力，为今后的工作打下良好的基础。 二、课程目标 本课程的目标是使学生具备本专业的高素质的劳动者和高级技术应用性人才所必须的电子设计的基本知识和灵活应用电子元器件的基本技能；为学生全面 掌握电子电路设计技术和技能，提高综合素质，增强适应职业变化的能力和学习的能力，为以后就业和继续学习打下一定的基础；通过项目的解决，培养学生的团结协作、吃苦耐劳的品德和良好的职业道德。 （一）知识目标 1、初步掌握常用电子器件 2、掌握放大电路基础，频率特性与多级放大器，功率放大器 3、掌握运算放大器及其应用 4、掌握稳压电源的工作原理 5、掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计分析。 （二）能力目标 1、学会常用电子元器件的识别和选用； 2、学会设计小信号功率放大器电路； 3、学会集成运放的应用和集成稳压电源的设计； 4、学会组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计和分析方法。 （三）素质目标 1、提高学生分析问题和解决问题的能力 2、培养学生的科学思维能力、创新能力，能够独立完成规定的实验，具有一定的分 析解决实际问题的能力，以满足学生毕业后从事本专业领域工作岗位的需要 3、培养学生的团队合作精神、语言表达能力、决策能力、自学能力、客观评价能力、竞争意识、可持续发展能力等职业综合素质，为以后从事专业工作奠定基础。 三、课程内容 《电子技术》课程以培养职业能力为目标，将工作任务和工作过程进行整合、序化，按照职业成长规律与认知学习规律，精心设计了六个学习主情境，分别是: 常用仪表的使用和常用电子器件的测试与辨别、功率放大器的设计、集成运放的 应用电路设计、直流稳压电源的设计、三人表决电路设计、计数器电路设计。每个学习情境包含多个学习性工作任务。 表1课程内容与学时分配
一、RTK定位原理概述 RTK测量利用的是载波相位差分GPS技术来实时定位的，正是凭借差分改正和载波相位测距两种测量方法才使得动态定位的精度可以达到厘米级。差分GPS技术是利用了基准站与流动站之间空间的相关性来进行差分改正的，从而将定位的误差削弱。标准的差分GPS 原理是将基准站架设在高精度的已知点控制点上，通过基准站单点定位确定测站的位置坐标，然后通过实时定位测得的坐标与控制点坐标的比对，从而确定基准站上的定位误差。但在实际生产中，为了提高测量效率，基准站通常也可以架设在未知点上。下文就RTK基准站架设的两种情况进行解释。说明其架设原理。 GPS系统定位采用的是WGS-84坐标系，如下图所示。它是一个地心坐标系，所有的GPS接收定位测得的坐标都是基于该坐标系的坐标。换而言之，GPS接收机只能识别WGS-84坐标。但是在实际应用过程中，用户基于定位精度、坐标保密、控制变形等原因往往会建立其他坐标系统。这样就涉及到了坐标系统之间的相互转换，所以这就是为何几乎所有的GPS解算软件中都有坐标系统转换程序的原因。 现就国内坐标系统的应用为基础，介绍一下RTK测量时坐标系统的转换方法。至今为止，我国使用的平面坐标系统主要有北京54坐标系统、西安80坐标系统和国家2000坐标系统。这三者之间的本质区别在于采用了不同的椭圆基准。在实际生产中还存在地方独立坐标系统，它是在上述几种坐标系的基础上建立的。高程坐标系统主要有1956黄海高程基准和1985国家高程基准两个系统组成。
坐标系统的转换方法主要有七参数、四参数、三参数和一参数等。根据两套坐标系统之间的几个关系可以采用相应的转换方法。RTK测量过程中坐标系统的转换分为平面转换和高程转换两个方面。平面转换主要是采用控制点反算转换参数的方法，根据测区范围和精度的要求采用不同的转换方法。对于涉及到两个不同椭球基准的坐标系统之间的相互转换，一般都采用七参数进行转换，如果测区面积较小，可近似当做平面时（约10公时范围）可采用四参数进行转换。GPS高程系统的转换主要是采用高程拟合和似在地水准面精化模型进行高程内插。高程拟合主要有平面拟合和曲面拟合两种方法，平面拟合是在平面内选择至少3个高程控制点，通过GPS测量得到这些控制点的两套坐标，通过两套坐标系统求差可得到每个控制点上的高程异常值。然后根据不同的方法进行内插高程异常值，能过GPS测量，根据GPS高程以及高程异常值可求得测点的正常高。曲面拟合同平面拟合原理相同，只是在曲面内进行内套高程异常值，这种方法更符合实际情况，所以精度也相对较高。 差分GPS工作的基本原理是依据地面参考站与流动站之间的空间相关性而建立的。GPS卫星分布在距离地面约两万公里的太空，而地面参考站距流动站之间的距离为几十公里到几百公里之间，这个距离相对于星站距离可以忽略不计。因此，我们认为参考站与流动站周围的空间环境对两个接收机导航定位的影响是等价的。 二、基准站架高在已知点上 差分GPS系统主要由四部分组成，即GPS卫星、参考站、流动站
自动化软件错误定位技术研究进展 虞凯;林梦香 【期刊名称】《计算机学报》 【年(卷),期】2011(034)008 【摘要】One of the most expensive and time-consuming activities of the debugging process is locating the faults. To guide the developers to locate and correct program errors, automatic fault localization techniques identify possible locations of faults by analyzing the source code, test outcomes and various program spectra. This work classifies current techniques and introduces principles and models of representative ones. Some widely-used benchmarks and evaluation metrics are provided. Finally, some on-going research issues are discussed.%调试过程中代价最昂贵和最耗时的活动之一就是定位错误.为了辅助开发人员进行程序错误的定位和修正,自动化错误定位技术通过对源程序、测试结果以及各种程序行为特征信息的计算分析,给出造成故障的软件缺陷在源代码中的可能位置.文中对现有错误定位技术进行了分类,介绍了各种代表性技术的原理以及建模方法,并给出了常用的评测基准集和评价标准,最后还指出了若干值得进一步研究的方向. 【总页数】12页(1411-1422) 【关键词】错误定位;自动化调试;程序分析;自适应测试 【作者】虞凯;林梦香 【作者单位】北京航空航天大学软件开发环境国家重点实验室北京100191;北
人员定位系统技术要求 近年来，煤矿事故不断增加，煤矿安全形势紧张，国家要求煤矿企业必须装设井下人员定位系统，为了满足煤矿建设要求，提高矿井安全系数，健全和完善矿井“六大系统”，现需要购置人员定位系统一套。原矿井没有装设人员定位系统。特提出如下技术要求： 一、项目名称： 人员定位系统 二、覆盖区域： 定位信号能够覆盖全矿井，实现±10M精确定位及双向寻呼/呼救。 三、系统配置清单： （一）复产前监测点分布列表：附图所示 1、副井口1、副井底 2、风井口 3、风井底 4、主井口 5、主井底6； 2、西巷口12、皮带下山11、西回风巷9、西运输巷10； 3、11031上回风13、11031下机巷1 4、采面进风巷16、采面回
风巷15； 4、掘进进风巷8、掘进回风巷7。 （二）复产后规划采区监测分布：附图所示 1、11轨道下山4、11运输下山3、规划采面运输巷 2、规划采面上风巷1、规划采面进风巷6、规划采面回风巷5。 四、系统主要技术性能 （一）预警呼叫 具备人员无线寻呼功能，在需要紧急撤离，或寻找失踪人员时，人员无线寻呼系统将发挥重要作用。 可以呼叫单独一个人，也可以成组呼叫，可以呼叫某个区域的人员，也可以多个区域或全矿区呼叫。呼叫信息由计算机控制，通过指定的分站发出。对于井下出现的紧急情况，井下的矿工可以向井上调度指挥中心发出呼救信号，生产指挥调度可以根据情况的紧急程度，判断是否需要通知井下人员撤离。 （二）考勤管理功能 通过实时对煤矿人员的入井、升井时间及在井下各区域的停留工作时间的记录与统计，能实时对各单位人员下井班数、班次、迟到、早退、人员出勤规律分析等情况进行监测和分类统计，能自动汇总、存储、实时查询、自动生成报表和打印，为企业提供考勤管理基础信息，并能为企业提供员工出勤规律分析和总结。 20万卡次以上实际应用不允许出现漏卡，保障考勤数据的准确。 （三）矿井目标定位、跟踪 在满足人员定位信号覆盖范围要求的条件下，实现人员实时定位管理，在定位器连续布置的区域可以实现人员的精确定位，同时实时对井下各监测区域工作人员的数量和分布情况进行分类统计。 结合井下电子地图，可以显示某个区域内人员的数量和分布以及移动速度和
Within Budget Without Compromise Introducing the Agilent Technologies 4339B and 4349B High Resistance Meters Used for Making Ultra-High Resistance Measurements For precision bench-top applications, the 1-channel 4339B is the premier solution for accurate high resistance and low current tests. For high resist-ance testing in manufacturing envi-ronments, the 4349B offers simulta-neous 4-channel high resistance measurements for increased test throughput. Satisfy Your Needs for ... High quality results ?High confidence testing with contact check function ?Remove parasitics with error correction ?Consistent data with 0.6% basic accuracy ?Compensation for handler contact chattering with trigger delay Versatile measurements ?Select from four test parameters ?Use a variety of test fixtures and accessories ?Perform a charge-measure- discharge sequence with the test sequence program function ?Save and recall up to ten measurement setups High test throughput: 4349B ?9.5 ms measurements ?4-channels for multiple DUTs ?4-channel simultaneous testing ?Fast contact checking: 2 ms/ measurement ?GPIB and handler interfaces ?Ideal for high volume capacitor testing Agilent 4339B/4349B High Resistance Meters Technical Overview
目录 摘要.................................................................................................................................................I Abstract..........................................................................................................................................II 目录...............................................................................................................................................IV 第一章绪论.. (1) 1.1研究背景与意义 (1) 1.2研究现状 (2) 1.3主要研究内容 (3) 1.4论文章节组织结构 (4) 第二章软件错误定位相关技术概述 (6) 2.1基于统计的方法 (6) 2.2基于静态，动态和执行切片的方法 (8) 2.3基于模型的方法 (8) 2.4基于程序状态的方法 (9) 2.5基于频谱的方法 (10) 2.6本章小结 (13) 第三章基于语句频度统计的软件错误定位方法 (14) 3.1引言 (14) 3.2相关定义 (14) 3.3Tarantula方法概述 (16) 3.4基于语句频度统计的错误定位方法 (18) 3.4.1SFL方法分析 (18) 3.4.2语句频度及其归一化处理 (18) 3.5FLSF算法实现 (20) 3.6本章小结 (23) 第四章自动化软件错误定位框架的实现 (24) 4.1引言 (24)
招远市黄金矿业工程有限责任公司矿用人员定位管理系统 目录
一、矿山基本情况 一、矿区概况 二、公司资质证书 见附件： 三、技术文件 第一节、概述 1.1背景和需求 煤矿安全生产事关人民群众的生命和财产安全，各级政府一贯高度重视煤矿安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作。通过不断的努力，近一时期煤矿安全生产状况总体上趋于稳定好转，但由于基础薄弱等种种原因，煤矿安全生产状况仍然不容乐观。如何改变目前煤矿企业对井下人员落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化也成为所有煤矿企业关心的问题，因此建立以灾害预防、事故救助、电子信息化管理为主要目标的信息化和智能化建设势在必行。 1.2系统简述 （1）本系统是运用高科技手段开发研制。系统的核心识别设备采用了具有国际先进水平的微波技术，该技术采用了当今最先进的0.18uM的微波芯片技术，使产品的性能和原来的微波技术相比得到了本质的改进，彻底解决了远距离、大流量、超低功耗、高速移动的标识物的识别和数据传输难题，而且成本较以往大大降低，同时也解决了中低频电磁波技术感应距离短、防冲突能力差的致命弱点。 （2）系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，救援人员也可根据矿用人员管理系统所提供的数据、图形，迅速
了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。 （3）系统是集井下人员考勤、跟踪定位、井下信息发布、灾后急救、日常管理等一体的综合性运用系统,集合了国内识别技术、传输技术、软件技术等最顶尖的产品和技术，是目前国内技术最先进、运行最稳定、设计最专业化的井下人员定位系统。这一科技成果的实现，将为煤矿企业的安全生产和日常管理上台阶以及事故急救带来了新的契机。 1.3基本原理 1.3.1 系统应用原理说明 系统应由主机、传输接口、本安型读卡分站、识别卡、矿用隔爆兼本质安全型电源箱、电缆、接线盒、避雷器和其他必要设备组成。在井下主要巷道、交叉道口、必经之路等重要位置安装无线读卡分站，下井人员携带识别卡，识别卡能发射信号，当识别卡在接收器一定范围内时，读卡分站接收到识别卡发出的信号，将信号进行分析、处理，并把信号发送到地面，地面信号传输接口把信号进行转换，交给主机进行处理，从而实现目标的自动化管理。 识别卡具有双向通讯功能，当矿工遇到紧急事件时，可以按下紧急求救按钮，地面监控主机就会显示出求救人员的信息（包括在那个位置及人员情况），矿方可以在第一时间组织人员经行抢救及处理。 调度室综合所有安全因素，如果遇到大的问题，需要井下人员进行紧急撤离，可以向井下某人（或某地区人员）（或者全部人员）发出撤离命令，在第一时间保证人的安全。 管理者可以根据大屏幕上或电脑上的分布示意图查看某一区域，计算机即会把这一区域的人员情况统计并显示出来。中心站主机会根据一段时间的人员出入信息整理出这一时期的每个下井人员的各种出勤报表，作为工资发放的依据。同时全方位监控井下人员分布情况。 1.3.2 系统应用原理图 （一）设计原则 鉴于煤矿井下人员管理系统的重要性，我们以科学的方法、严谨的态度，认真对系统仔细的分析，力求达到系统设计的先进性、可靠性、实用性和可扩展性。
GPS定位原理概述 GPS的组成GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。GPS计划始于1973年，已于1994年进入完全运行状态。GPS的整个系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成：空间部分 GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成，这些GPS工作卫星共同组成了GPS卫星星座，其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星。这24颗卫星分布在6个倾角为55°的轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为12恒星时。每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。控制部分 GPS的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个，位于美国克罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。监控站有五个，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。用户部分 GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。它的作用是接收GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS系统。 GPS定位原理概述（2）： GPS的信号 GPS卫星发射两种频率的载波信号，即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60HMz的L2载波，它们的频率分别是基本频率10.23MHz的154倍和120倍，它们的波长分别为19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分别调制着多种信号，这些信号主要有：C/A码 C/A码又被称为粗捕获码，它被调制在L1载波上，是1MHz的伪随机噪声码（PRN码），其码长为1023位（周期为1ms）。由于每颗卫星的C/A码都不一样，因此，我们经常用它们的PRN号来区分它们。C/A码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。P码 P码又被称为精码，它被调制在L1和L2载波上，是10MHz的伪随机噪声码，其周期为七天。在实施AS时，P码与W码进行模二相加生成保密的Y码，此时，一般用户无法利用P 码来进行导航定位。 Y码见P码。导航信息导航信息被调制在L1载波上，其信号频率为50Hz，包含有GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为广播星历。
安全是企业生存发展的首要基础。在电力、化工等大型复杂作业环境中，现场设备多，作业过程多变，对现场人员的安全防护管理更是重中之重的首要任务。 人员的位置管控是安全管理的主要因素。必须严格管理作业人员按照安全规定的位置和路线进行作业，危急情况下更需要准确获知人员的实时位置，以便及时准确施救。 但是，在这些场合，受现场环境的限制，通用的室外GPS定位或普通的室内定位技术很难达到预期的精度和要求，迫切需要研制特定的定位设备和系统，实现作业人员的实时定位和追踪管理，保障作业安全。 技术难点 1、电厂、化工厂厂区建筑物复杂，大型设备多，建筑物的遮挡、金属电磁干扰反射等因素使得常见的技术方案难以实现精准定位。 2、作业人员活动的随机性高，包括室内、室外、管廊等位置，无法采取路径吸附等位置纠正算法。 3、人员的活动状态、姿态等安全信息也需要感知。 4、对设备的防爆性、携带和使用的方便性、待机时间等要求高。 人员定位解决方案 针对电厂、化工厂的定位需求，云酷科技采用UWB精准定位、激励器存在性检测定位、车辆采用GPS定位技术相结合的定位方案。 整体定位方案运用业内领先的TOA算法，同时结合定位大数据分析，解决了传统定位模式抗干扰能力差、定位准确度低、安装布线困难、成本费用高等问题；针对不同区域提供不同定位解决方式，达到定位精准度适宜，投入性价比高的建设目标。同时考虑到不同电厂的业务需求不同，系统拥有两票管理、缺陷/隐患管理、到岗到位管理、外委管理、工器具管理、车辆管理、手机APP等多种功能模块。支持电子围栏、人脸识别、视频监控联动、智能门禁
联查、各类报警预警等功能。 该方案可帮助中电厂厂区实现现场操作的更加规范化、协同化、科学化和智能化，人员安全监控和管理变得更加主动、及时和准确，大大提升企业精细化管理水平和企业人员安全，成功搭建事前预防、事中及早发现、事后可追溯的安全防范机制，成为智慧电厂的代表性项目之一。
电子技术发展史概述 电子技术是十九世纪末、二十世纪初发展起来的新兴技术。由于物理学的重大突破，电子技术在二十世纪发展最为迅速，应用最为广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。 从20世纪60年代开始，电子器件出现了飞速的发展，而且随着微电子和半导体制造工艺的进步，集成度不断提高。CPLD／FPGA、ARM、DSP、A／D、D／A、RAM和ROM等器件之间的物理和功能界限正日趋模糊，嵌入式系统和片上系统(SOC)得已实现。以大规模可编程集成电路为物质基础的EDA技术打破了软硬件之间的设计界限，使硬件系统软件化。这已成为现代电子设计的发展趋势。 现在，人们已经掌握了大量的电子技术方面的知识，而且电子技术还在不断的发展着。这些知识是人们长期劳动的结晶。 我国很早就已经发现电和磁的现象，在古籍中曾有“磁石召铁”和“琥珀拾芥”的记载。磁石首先应用于指示方向和校正时间，在《韩非子》和东汉王充著《论衡》两书中提到的“司南”就是指此。以后由于航海事业发展的需要，我国在十一世纪就发明了指南针。在宋代沈括所著的《梦溪笔谈》中有“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”的记载。这不仅说明了指南针的制造，而且已经发现了磁偏角。直到十二世纪，指南针才由阿拉伯人传入欧洲。 在十八世纪末和十九世纪初的这个时期，由于生产发展的需要，在电磁现象方面的研究工作发展的很快。库仑在 1785 年首先从实验室确定了电荷间的相互作用力，电荷的概念开始有了定量的意义。
1820 年，奥斯特从实验时发现了电流对磁针有力的作用，揭开了电学理论的新的一页。同年，安培确定了通有电流的线圈的作用及磁铁相似，这就指出了此现象的本质问题。有名的欧姆定律是欧姆在 1826 年通过实验而得出的。法拉第对电磁现象的研究有特殊贡献，他在1831 年发现的电磁感应现象是以后电子技术的重要理论基础。在电磁现象的理论及使用问题的研究上，楞次发挥了巨大的作用，他在1833 年建立确定感应电流方向的定则（楞次定则）。其后，他致力于电机理论的研究，并阐明了电机可逆性的原理。楞次在 1844 年还及英国物理学家焦耳分别独立的确定了电流热效应定律（焦耳 - 楞次定律）。及楞次一道从事电磁现象研究工作的雅可比在 1834 年制造出世界上第一台电动机，从而证明了实际应用电能的可能性。电机工程得以飞跃的发展是及多里沃 - 多勃罗沃尔斯基的工作分不开的。这位杰出的俄罗斯工程师是三相系统的创始者，他发明和制造出三相异步电机和三相变压器，并首先采用了三相输电线。在法拉第的研究工作基础上，麦克斯韦在 1864 年至 1873 年提出了电磁波理论。他从理论上推测到电磁波的存在，为无线电技术的发展奠定了理论基础。1888 年，赫兹通过实验获得电磁波，证实了麦克斯韦的理论。但实际利用电磁波为人类服务的还应归功于马克尼和波波夫。大约在赫兹实验成功七年之后，他们彼此独立的分别在意大利和俄国进行通信试验，为无线电技术的发展开辟了道路。 人类在自然界斗争的过程中，不断总结和丰富着自己的知识。电子科学技术就是在生产斗争和科学实验中发展起来的。 1883 年美国
井下精确定位系统可行性 研究报告 机电装备研究所 2018.4.3 一、义煤集团目前存在的问题 1、矿用电机车 煤炭生产过程中，矿用电机车是井下轨道煤炭运输及辅助运输重要的动力设备，电机车按供电方式分为架线式和蓄电池式两种，轨道数量有单轨道和双轨道两种。由于电机车具有结构简单，维护方便，运输费用低等特点，在煤矿水平巷道中，作为运输工具起着很大作用，得到广泛应用。为确保煤矿井下运输安全，《煤矿安全规程》对电机车运输的轨距、轨型、运行速度、机车的制动距离以及两台机车在同一轨道同一方向行驶时，必须保持不小于100m的距离等做出了明确的规定。
由于煤矿井下运输巷道沿途灯光昏暗，工况恶劣，如果电机车司机注意力稍有不集中，反应迟钝，观察判断失误以及道岔错位等原因，电机车很容易出现事故，轻者掉轨，误开到其它轨道上，重者使两电机车行驶到同一轨道上造成迎面相撞或追尾事故，特别是迎面相撞事故由于极大的惯性，造成的后果更加严重。可能会损毁轨道、路基、车辆和运送的设备，甚至会造成冒顶塌方、火灾瓦斯事故。若是运送人员的车辆相撞后果更为严重，将造成大量人员受伤。而目前电机车的制动一般都是人工操作电阻制动和手闸制动两种，刹车时易产生剧烈抖动或刹车过猛而造成人为事故。这种机车相撞事故一旦发生危害巨大，后果惨重，极大地影响了煤矿企业正常有序的安全生产。 除电机车之间出现碰撞事故外，电机车撞人事故也常有发生。长期以来大巷机车运输事故在主巷运输事故中所占比例一直较大，其发生的类型一般有以下几类：①大巷作业人员避让列车不及被碰挂致伤；②大巷人行道宽度不够，使巷道内人员无法安全避让列车，被列车碰挂致伤；③无乘车候车室的大巷，下班后候车的工人因劳累睡在线路旁，被列车碰挂致伤；④乘车人员乘坐人车时，未挂好防护链且因劳累睡着后，意外被列车甩出车外摔伤； ⑤跟车工摘挂钩时，因与司机联络失误或机车司机操作失误，兑车不当，被挤碰致伤；⑥行人在从石门巷道快速跨越大巷轨道时，被运行中的列车碰伤等。 巷道欠维护，上顶冒落，机车和矸石相撞，也时有发生。 要消除以上事故，一是要完善巷道设施；二是职工要做好自我保护；更重要的是要在完善机车安全设施，主动做好大巷行车安全防范工作。 2、人员定位 煤矿安全生产事关煤矿系统人员的生命和财产安全，各级政府一贯高度重视煤矿安全生产问题，并采取了一系列措施不断加强安全生产工作。通过不断的努力，煤矿安全生产状况总体上趋于稳定好转，但煤矿生产的主体集中在井下，随着机械化开采程度的普及，井下巷道不断向四面延伸，巷道纵横交错，人流、车流错综复杂。作为地面生产指挥控制核心部门，实时了解井下人员、车辆、原煤及材料的流动运行情况和跟踪监测就显得尤为重要，一旦遭遇各种井下事故，必须在最短的时间内获取事故现场的人员状况及分布情况，将为后续工作提供主要参考依据，以减少盲目性，因此，改变目前煤矿企业对井下人员的管理模式，优化井下人员定位管理系统，实现井下人员的精确定位和管理信息的精确化、精细化已成为所有煤矿企业日趋关心的问题。 煤矿井下人员定位系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备
OTN介绍及故障定位方法 1 OTN帧结构简介 1.1 OTN产生的背景 目前随着通信行业的发展，对光网络的要求越来越高，要求光网络所承载的信息量也越来越大，承载的客户信号种类也各种各样，包括SDH、ATM、以太网、IP等多种信号都要求能在光网络中快速、高效、透明、可靠的传输。为此，国际电信联盟ITU制订光传送网OTN的相关标准，来指导OTN的发展。 光传送网OTN是下一代光网络的发展方向。OTN设备主要完成的功能就是将客户信号封装在OTN的相应帧格式中，透明、高效的进行传输，同时，通过相应的OTN开销对信号的好坏进行检测。因此，理解好OTN开销对深入理解OTN设备有着重要意义。 ITU-T在G.709标准中规定了OTN的帧格式和映射方式，；在G.798标准中规定了设备的功能特性。因此，本手册主要以G.709和G.798为标准，结合我司M820V2.5设备和 ZXONE 8X00设备，主要讲述我司设备OTN开销的实现以及检测。 1.2 OTN的网络层次 光传送网OTN的一个主要特征就是网络的层次化。将光传送网划分为多个网络层次，每个层次之间彼此互为服务层与客户层。客户信号在不同层次之间进行传输，每一层次都有着自己的开销，用于检测本层次信号的好坏。 根据ITU-T的G.709规定，OTN分为客户信号层、光通道净荷单元（OPU）、光通道数据单元（ODU）、光通道传送单元（OTU）、光通道层（OCH）、光复用段层（OMS）、光传输段层（OTS）。以上各层之间，前者是后者的客户层，后者是前者的服务层。下面是对各层的简单说明： 1. 客户信号层：该层主要指OTN网络所要承载的局方信号，主要包括：SDH、以太网、 IP业务等。 2. 光通道净荷单元OPU：该层主要是用来适配客户信号以便使其适合在光通道上传输， 即：承载客户信号的“容器”。该层的开销主要用来指示客户信号映射到OTN信号的过程。 3. 光通道数据单元ODU：该层是由OPU层和ODU层相关开销构成的，该层的开销可 以支持对传输信号质量端到端的检测。 4. 光通道传送单元OTU：该层是在光路上传输信息的基本单元结构，有ODU层和OTU 层相关开销构成。
电子技术发展史概述电子技术是十九世纪末、二十世纪初发展起来的新兴技术。由于物理学的重大突破，电子技术在二十世纪发展最为迅速，应用最为广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。 从20世纪60年代开始，电子器件出现了飞速的发展，而且随着微电子和半导体制造工艺的进步，集成度不断提高。CPLD／FPGA、ARM、DSP、A／D、D／A、RAM和ROM等器件之间的物理和功能界限正日趋模糊，嵌入式系统和片上系统(SOC)得已实现。以大规模可编程集成电路为物质基础的EDA技术打破了软硬件之间的设计界限，使硬件系统软件化。这已成为现代电子设计的发展趋势。 现在，人们已经掌握了大量的电子技术方面的知识，而且电子技术还在不断的发展着。这些知识是人们长期劳动的结晶。 我国很早就已经发现电和磁的现象，在古籍中曾有“磁石召铁”和“琥珀拾芥”的记载。磁石首先应用于指示方向和校正时间，在《韩非子》和东汉王充着《论衡》两书中提到的“司南”就是指此。以后由于航海事业发展的需要，我国在十一世纪就发明了指南针。在宋代沈括所着的《梦溪笔谈》中有“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”的记载。这不仅说明了指南针的制造，而且已经发现了磁偏角。直到十二世纪，指南针才由阿拉伯人传入欧洲。 在十八世纪末和十九世纪初的这个时期，由于生产发展的需要，在电磁现象方面的研究工作发展的很快。库仑在1785年首先从实验室确定了电荷间的相互作用力，电荷的概念开始有了定量的意义。1820年，奥斯特从实验时发现了电流对磁针有力的作用，揭开了电学理论的新的一页。同年，安培确定了通有电流的线圈的作用与磁铁相似，这就指出了此现象的本质问题。有名的欧姆定律是欧姆在1826年通过实验而得出的。法拉第对电磁现象的研究有特殊贡献，他在1831年发现的电磁感应现
1.1 故障定位思路 1.1.1 OSPF网上问题解决要点 OSPF网上问题和其他模块的网上问题不同，大多数模块的问题往往只会导致部分报文丢掉，部分业务不通；而OSPF网上问题一旦发生往往会导致某个区域到某个区域所有业务都不通了，持续的时间长，影响的范围广，报的事故级别也就高。 解决OSPF网上问题首先必须要做的就是收集信息；然后就是要快速恢复业务；最后就是分析问题，解决问题。 1信息收集： 如果你用的是Windows自带的telnet，请通过菜单选择：然后请将以下命令粘贴到telnet：为了方便收集信息，可以输入以下命令，使输出信息不分屏： 然后输入以下命令收集OSPF信息：
最好再收集一下fib信息。 2恢复业务，一般情况，采用以下三种措施就能够暂时将业务恢复，因此在收集完信息后马上就做，以减小事故的影响 2.1如果配置了“引入直连或静态路由”，但却没有生成对应的ASE（这种问题已发 生多次）：去掉引入配置，再重新引入；如果问题不属于此类 2.2使用reset ospf，重起ospf；不过，推荐做法是把OSPF配置清掉，重新配置OSPF； 如果还不行 2.3配置静态路由恢复业务；如果有多台路由器配置静态路由，可以先在某台路由器 配置静态路由，然后再引入静态路由到OSPF通告出去。但是，由于外部路由会 通告到整个自治域，所以一定要慎重考虑。 3业务恢复了，我们就可以静下心来分析一下问题在哪。 1.1.2 OSPF问题分析： OSPF绝大部分网上问题表现就是“不通”，再细分下去 1不通
1.1没有生成路由 1.1.1有LSA，但没有生成路由 1.1.1.1ASE没有生成对应的路由： 这时候要看看OSPF路由表中有无到forwarding address的路由，可以通 过display ospf routing看有无“Routing for ASEs”： Routing for Network Destination Cost Type NextHop AdvRouter Area 3.0.0.0/8 1 Net 3.0.0.1 1.0.0.2 1 2.0.0.0/8 1562 Stub 2.0.0.1 2.0.0.2 1.0.0.0/8 1563 Stub 3.0.0.1 1.0.0.2 1 Routing for ASEs Destination Cost Type Tag NextHop AdvRotuer 101.0.0.0/8 1 2 1 3.0.0.1 1.0.0.1 9.0.0.0/8 1 2 1 3.0.0.3 1.0.0.2 Total Nets: 3 Intra Area: 3 Inter Area: 0 ASE: 2 NSSA: 0 如果没有的话，往往是因为没有到达ASBR或forwarding address的自治 域内路由。 1.1.1.1.1ASE LSA的forwarding address不为0.0.0.0 通过display ospf lsdb ase命令，可以看到 Link State Data Base type : ASE ls id : 101.0.0.0 adv rtr : 1.0.0.1 ls age : 239 len : 36 seq# : 80000003 chksum : 0x247 options : (DC) Net mask : 255.0.0.0 Tos 0 metric: 1 E type : 2 Forwarding Address :3.3.3.3 Tag: 1
厂区人员定位系统解决方案 软件技术有限公司 2015-6
目录 1.项目背景及意义 (2) 1.1系统背景 (2) 1.2项目意义 (2) 2.系统介绍 (3) 2.1系统简介 (3) 2.2系统特点 (3) 3.系统介绍 (4) 3.1系统概述 (4) 3.2功能实现 (5) 3.2.1职工权限设定 (5) 3.2.2全程区域定位 (6) 3.2.3记录考勤 (7) 4.产品配置 (7) 4.1测温腕带电子标签 (7) 综合版防水读写器 (8) 4.3定向分析仪 (10) 4.4数据采集器 (11) 5结束语 (12)
1.项目背景及意义 1.1系统背景 工厂由于人员较多，管理方面存在一定难度，很容易产生管理漏洞，引发不必要的管理难题；此外，工厂本身也是易燃易爆地带，很容易发生危险，造成不可挽回的损失和后果；加之工厂规模较大，如果由于人员管理涣散导致问题的发生，也无从追究责任，使肇事者存在侥幸心理，不加注意，导致问题更加严重，工厂制度将难以得到完善。 1.2项目意义 我们从化工厂存在的实际人员管理问题角度出发，研发出RFID 工厂人员管理定位系统，此系统重点解决了工厂全体员工的管理问题，实现简单的人员区域定位，为管理人员带来便捷，同时可以解决工厂的众多管理问题，对工厂工人进行严格管理，减少意外发生，保障工人的安全，避免因意外给工厂带来的经济损失，提高工厂的名誉，为工厂带来更大的效益。
2.1系统简介 本系统是运用无线传感网络和RFID射频识别技术，通过安装RFID硬件和对应的功能软件，针对工厂人员管理的实际情况，开发的一套完整高效的智能化管理系统。 2.2系统特点 （1）RFID设备技术先进 RFID电子腕带技术可以透过外部材料读取数据；使用寿命长，能在恶劣环境下工作；读取距离更远；可以写入及存取数据，写入时间快；腕带的内容可以动态改变；能够同时处理多个标签；腕带的数据存取有密码保护，安全性更高；可以对腕带附着物体进行追踪定位。 （2）本系统具备较高的成熟度 具有低成本.低功耗.稳定性和保密性特点，可独立运行，不依赖于其他系统。充分考虑网络.主机.操作系统.数据库等的可靠性和安全性设计。 （3）良好的兼容和可扩展性 采用先进的计算机应用技术，具有良好的可扩充性。开放的体系结构和长远的生命周期，能满足以后开发新功能需要；系统通过GPRS 或者串口得来的数据，能和系统实现无缝隙连接。