A Scheme to Compensate Time Drift in Time Difference of Arrival Localization Among Non-Synchronized Sensor Nodes

Time difference of arrival (TDoA) based on a group of sensor nodes with known locations has been widely used to locate targets. Two-step weighted least squares (TSWLS), constrained weighted least squares (CWLS), and Newton–Raphson (NR) iteration are commonly used passive location methods, among which the initial position is needed and the complexity is high. This paper proposes a hybrid firefly algorithm (hybrid-FA) method, combining the weighted least squares (WLS) algorithm and FA, which can reduce computation as well as achieve high accuracy. The WLS algorithm is performed first, the result of which is used to restrict the search region for the FA method. Simulations showed that the hybrid-FA method required far fewer iterations than the FA method alone to achieve the same accuracy. Additionally, two experiments were conducted to compare the results of hybrid-FA with other methods. The findings indicated that the root-mean-square error (RMSE) and mean distance error of the hybrid-FA method were lower than that of the NR, TSWLS, and genetic algorithm (GA). On the whole, the hybrid-FA outperformed the NR, TSWLS, and GA for TDoA measurement.

Download Full-text

Simulation Test of Wireless Underground Sensor Network in Stadiums

Journal of Sensors ◽

10.1155/2021/6827961 ◽

2021 ◽

Vol 2021 ◽

pp. 1-12

Author(s):

Dongzhi Wang ◽

Hui Ming

Keyword(s):

Sensor Network ◽

Network Architecture ◽

Signal Reconstruction ◽

Estimation Method ◽

Time Difference ◽

Sensor Nodes ◽

Vibration Source ◽

Time Difference Of Arrival ◽

Vibration Signals ◽

Positioning Algorithm

The underground sensor network is a kind of sensor network with sensor nodes buried in the soil. It is used in football fields, golf courses, and other stadiums and can effectively assist the stadium managers to maintain the turf condition. As the turf maintenance in the stadium is still in the manual state, the turf maintenance is time-consuming and laborious. In order to improve this situation and adapt to future development needs, this paper proposes a wireless underground sensor network, designs the network architecture, and uses NS2 network simulation. The performance of the network was simulated and tested by the platform. This article first proposes a distance estimation method for sound and vibration signals based on the generalized correlation of the time difference of arrival based on the characteristics of the real signal when the event occurs. Then, for the range estimation obtained by applying this method, applying the idea of sparse signal reconstruction, a positioning algorithm based on the time difference of arrival based on the velocity function is proposed. Finally, using the above-mentioned positioning algorithm, this paper obtains an overall fusion positioning strategy with the help of the idea of data fusion while taking into account the characteristics of the vibration source on the steel beam based on the positioning results of individual sound and vibration signals. The point of innovation lies in the development of positioning and tracking-oriented platforms, including the development of wireless sensor network gateways and the development of sensor nodes. A network gateway based on network communication was developed to realize the connection with the Internet extranet. The results show that the wireless underground sensor network has strong usability in stadiums, and the network performance can meet the application requirements.

Download Full-text

Non-synchronised time difference of arrival localisation scheme with time drift compensation capability

IET Communications ◽

10.1049/iet-com.2010.0183 ◽

2011 ◽

Vol 5 (5) ◽

pp. 693-699 ◽

Cited By ~ 10

Author(s):

J.X. Lee ◽

Z.W. Lin ◽

C.L. Law ◽

P.S. Chin

Keyword(s):

Time Difference ◽

Time Difference Of Arrival ◽

Time Drift ◽

Drift Compensation

Download Full-text

МЕТОД ВИМІРЮВАННЯ ВІДСТАНІ МІЖ ОБ’ЄКТАМИ СЕНСОРНИХ МЕРЕЖ ЗАСОБАМИ МІКРОПРОЦЕСОРНОГО ФАЗОМЕТРА

TECHNICAL SCIENCES AND TECHNOLOG IES ◽

10.25140/2411-5363-2018-2(12)-136-141 ◽

2018 ◽

pp. 136-141

Author(s):

Andrey Dudnik

Keyword(s):

Time Difference ◽

Time Difference Of Arrival

Актуальність теми дослідження. Нині безпровідні сенсорні мережі є важливим інструментом для дослідження фізичного світу. Їхня важливість пов’язана з новими можливостями використання, завдяки таким характеристикам, як відсутність необхідності в кабельній інфраструктурі, мініатюрних вузлах, низькому енергоспоживанні, вбудованому радіоінтерфейсі, досить високій потужності передачі, відносно низькій вартості. Тому існує проблема створення нових засобів, що покращили б ефективність їх використання, що б дало змогу розширити сфери застосування. Постановка проблеми. У процесі розроблення таких систем розробникам доводиться вирішувати суперечність між зниження точності вимірювання відстані, зі зростанням дальності розташування об’єктів, обмеженою потужністю передавачів і дорогою вартістю спеціальних вузлів, що отримують точні координати із супутника. Наявність цих обмежень підвищує імовірність похибок при локалізації об’єктів у безпровідних сенсорних мережах. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Були розглянуті останні публікації у відкритому доступі, включаючи існуючі алгоритми вимірювання відстані та задачі енергоефективності передавачів. Виділення недосліджених раніше частин загальної проблеми. Підвищення точності вимірювання відстані заобів, що використовують існуючі алгоритми вимірювання відстані. Постановка завдання. Удосконалення методу вимірювання відстані пристроями безпровідних сенсорних мереж, шляхом застосування мікропроцесорних фазометрів. Виклад основного матеріалу. Локалізація об’єктів відбувається за допомогою методу TDOA (Time Difference of Arrival). Дані, що були одержані після використання цього методу, надсилаються до мікропроцесорного фазометра, який визначає період між фазами радіо- та ультразвукового сигналу, що є пропорційною величиною до відстані між об’єктами. Висновки відповідно до статті. Запропонований метод дозволяє покращити точність процесу локалізації об’єктів у безпровідних сенсорних мережах.

Download Full-text