بهینه سازی جایگذاری گره ها در محیط های مختلف برای شبکه های حسگر فراپهن باند مکان …

همانطور که در شکل نیز مشخص است با افزایش فاصله مینیمم، دقت نیز بیشتر میشود یا به عبارتی دقت بدتر میشود.
مکانیابی بر اساس زاویه رسیدن سیگنال:
در مکانیابی با استفاده از زاویه رسیدن سیگنال رسیده همانطور که نشان داده شده است با استفاده از تاخیرهای متفاوتی که به هر آرایه آنتن میرسد زاویه محاسبه میشود.
 
شکل۳-۳: رسیدن جبهه موج به آرایهای از آنتنها
 
همانگونه که در شکل زیر مشخص است میتوان با حداقل دو گره این روش را پیاده سازی نمود.
 
شکل۳‑۴: مکانیابی با استفاده از زاویه رسیدن سیگنال
باند پایین دقت برای استفاده از این روش به صورت زیر محاسبه میشود [۱۴] :
همانگونه که مشخص است باند پایین خطا[۴۲] به صورت معکوس با تعداد آرایه (N)، فرکانس(fc) ، سیگنال به نویز (SNR) وفاصله بین آرایهها (∆) متناسب است.
در شکل زیر منحنی تغییرات، مینیمم انحراف استاندارد این نوع اندازهگیریها نسبت به سیگنال به نویز به ازای مقادیر مختلف پهنای پالس نشان داده میشود. در این شکل که بر اساس تئوری رسم شده است فرض میشود چهار عدد آنتن آرایهای با توزیع یکنواخت با فاصلهی ۵ سانتیمتر از یکدیگر قرار گرفتهاند. سیگنالینگ مورد استفاده فراپهنباند میباشد [۱۵] .
 
شکل۳‑۵: مینیمم انحراف استاندارد بر حسب نسبت سیگنال به نویز با استفاده از زمان رسیدن سیگنال با پهنای پالس متفاوت
مکانیابی بر اساس زمان رسیدن سیگنال:
روش دیگر بر اساس زمان رسیدن سیگنال در گیرنده کار میکند. به طوری که اگر همزمانی، بین گرههای مرجع و گره هدف وجود داشته باشد میتوان زمان پرواز سیگنال را پیدا کرده و با توجه به سرعت انتشار موج در آن محیط فاصله را استخراج نمود.
با پیشرفتهای اخیر، سیستمهای فراپهنباند هم از لحاظ سیگنالینگ و هم از لحاظ سخت افزار، دارای پتانسیلهای کافی برای استفاده در سیستمهای مکانیاب زمانی هستند [۱۴] .
درحالت ساده برای تخمین زمان رسیدن فرض میشود که تنها منبع نویز، نویز گوسی بوده و سایر منابع ایجاد خطا مانند چند مسیره شدن سیگنال و غیره با شرط وجود همزمانی بین فرستنده و گیرنده وجود ندارد. بنابراین:
اگر سیگنال ارسالی p(t) باشد، سیگنال دریافتی با فرض کانال با نویز سفید گوسی به صورت زیر در میآید:
 
مسئله، پیداکردن بهترین تخمین از مقدارτ بر اساس سیگنال مشاهده شده است.
گیرنده و آشکارساز برای این سیستم با استفاده از تخمینگر ML [۴۳] به صورت زیر پیادهسازی میگردد.
مینیمم انحراف استاندارد در این نوع روش اندازهگیری نسبت به سیگنال به نویز با مقادیر مختلف پهنای پالس در زیر رسم شدهاند[۱۵] .
همانطور که مشخص است در این روش لازم است تا گرههای مرجع و گره هدف دارای همزمانی باشند.
بنابراین همانگونه که مشخص است بهترین راه برای افزایش دقت در این سیستمها افزایش پهنای باند و یا افزایش توان سیگنال ارسالی میباشد.
البته روشها و پروتکلهایی وجود دارند که نیاز به همزمان بودن هدف و گرههای مرجع را از میان بر میدارند که در ادامه به تفصیل آمده است.
 
شکل۳‑۶: منحنی تغییرات کمینه خطای فاصلهیابی با استفاده از زمان رسیدن سیگنال بر حسب نسبت سیگنال به نویز
یکی از روشهای پیدا کردن زمان رسیدن سیگنال بدون نیاز به همزمانی گره هدف و گرههای مرجع این است که تفاضل سیگنال دریافتی از سیگنال دیگری که به سیگنال مرجع معروف است (TDOA[44])محاسبه شود [۱۵] . در این صورت زمان رسیدن تفاضل هر سیگنال به صورت زیر محاسبه میشود:
 
در این روش اگر گره هدف با گرههای مرجع همزمان نشده باشند با استفاده از روش قبلی و اعمال یک تفاضل، پارامتر مورد نظرمشخص می شود.
روش دوم پیدا کردن زمان تفاضل استفاده از انتگرال همبستگی و تعیین کردن زمان ماکزیمم شدن آن است که به فرم زیر میتوان نوشت [۱۶] :
 
بنابراین برای محاسبهی مکان با توجه به اینکه مختصات گره مرجع معین است، از روی تفاضل زمانها مکان هدف را پیدا میکنند. دراین حالت یک هذلولی به مرکزیت دو گره مرجع، مکان هندسی نقاطی است که تفاضلشان از نقطه هدف برابر فاصله محاسبه شده از رابطهی بالاست.
 
اگر بتوان از روش اول (TOA) زمان تفاضل را بدست آورد میتوان به دقت بهتری رسید [۱۶] .
شکل ۳- ۷: مکانیابی با استفاده از تفاضل زمان رسیدن سیگنال
واضح است که برای استفاده از این روش نیاز به حداقل چهار گره مرجع میباشد.
روشهای مکانیابی بر اساس زمان دارای دقتهای بهتری نسبت به سایر روشهاست. مسلما در این روشها بایدسیگنال رسیده از مسیر مستقیم را در نظر گرفت.

برای دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت  pipaf.ir  مراجعه نمایید.