[發明專利]一種基于總體最小二乘的無線傳感器網絡兩步定位方法

有效

• 申請號: 201310307024.7
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN103338516A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 陳喆;殷福亮;韓文婷
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 曲永祚;李洪福

1.一種基于總體最小二乘的無線傳感器網絡兩步定位方法，其特征在于：包括擬合模型參數獲取模塊、距離估計模塊及位置定位模塊；擬合模型參數獲取模塊服務于距離估計及位置定位模塊，預先采集實際環境中參考節點與終端相對距離以及對應的RSS值，將兩者進行關系曲線模型擬合訓練，獲得模型參數；距離估計模塊根據擬合模型訓練得到的參數，利用實時采集的RSS值進行距離估計，根據RSS值，選擇不同的模型參數進行估計；由距離估計模塊獲得的距離及參考節點坐標作為位置定位模塊輸入，位置定位模塊輸出是未知節點坐標的估計值。

2.根據權利要求1所述的一種基于總體最小二乘的無線傳感器網絡兩步定位方法，其特征在于：擬合模型模塊的工作過程如下：

第一步：預先采集實際環境中移動終端到參考節點的RSS值；

第二步：去除異常RSS值；

第三步：分段擬合對數正態模型；

第四步：獲得模型參數；

預先采集實際環境中移動終端到參考節點的RSS值具體方法為：

在定位區域內，分別采集不同距離d_i處的N個RSS信號；距離d_i的選取要有代表性，一般可從靠近參考節點開始到距離參考節點最遠處均勻選取M個距離值d_i,i=1,2,…,M；

去除異常RSS值的方法為：

根據正態分布的特性，去除同一位置處的RSS異常點，具體過程為：

(1)計算距離d_i(i=1,2,…,M)處測得的RSS的均值和方差

μi=Σj=1NRSSi,j---(1)]]>

σi2=Σj=1N(RSSi,j-μi)2,---(2)]]>

(2)選出落在置信區間[μ_i-3σ,μ_i+3σ]內的RSS采樣值，用這些RSS采樣值重新計算各距離d_i處RSS的均值μ_new,i，并將其作為與距離對應的最優RSS值；

(3)分段擬合對數正態模型

無線信號在傳播過程中會出現不同程度的損耗，因此選取合適的傳播模型尤為重要；普遍使用對數-正態分布模型來描述路徑損耗，對數-正態模型為：

RSS(d)=RSS(d₀)+10nlog₁₀(d₀)-10nlog₁₀(d)??????(3)

令a=RSS(d₀)+10nlog₁₀(d₀)及b=-10n，則：

RSS(d)＝a+blog₁₀(d)??????????????????????????(4)

距離不同時，接收到的RSS受噪聲影響的程度也不同；可選擇距離臨界值d_c，其中臨界距離的選擇可為定位區域內距離參考節點最遠距離d_max的α倍，本發明中建議α=0.6，即d_c＝0.6d_max；

RSS(d)=a₁+b₁log₁₀(d),d≤d_c????????????????????(5)

RSS(d)=a₂+b₂log₁₀(d),d>d_c?????????????????????(6)

本發明采用總體最小二乘法來估計模型系數a_i,b_i,(i=0,1)，具體方法步驟如下：

1)構造矩陣方程

1log10(d1)······1log10(dmi)aibi=RSS(di)···RSS(dmi),i=0,1---(7)]]>

其中m₀為去除異常RSS之后，相應距離不大于d_c的RSS數據個數；m₁為去除異常RSS之后，相應距離大于d_c的RSS數據個數；

2)構建增廣矩陣

Bi=-RSS(d1)1log10(d1)·········-RSS(dmi)1log10(dmi),i=0,1,---(8)]]>

3)求矩陣B^HB的最小特征值

為方便說明，將B₀或者B₁都用B表示；計算B^HB的特征值[5]，即計算|B^HB-λI|＝0的解；具體方法如下：

BH=-RSS(d1)···-RSS(dmi)1···1log10(d1)···log10(dmi),---(9)]]>

BHB=Σi=1miRSS2(di)Σi=1mi-RSS(di)Σi=1mi-RSS(di)log10(di)Σi=1mi-RSS(di)1Σi=1milog10(di)Σi=1mi-RSS(di)log10(di)Σi=1milog10(di)Σi=1milog210(di),---(10)]]>

設P＝B^HB-λI，

P=Σi=1miRSS2(di)-λΣi=1mi-RSS(di)Σi=1mi-RSS(di)log10(di)Σi=1mi-RSS(di)1-λΣi=1milog10(di)Σi=1mi-RSS(di)log10(di)Σi=1milog10(di)Σi=1milog210(di)-λ,---(11)]]>

令P=a11a12a13a21a22a23a31a32a33,]]>則

|P|＝a₁₁a₂₂a₃₃+a₂₁a₃₂a₁₃+a₃₁a₂₃a₁₂-a₃₂a₂₃a₁₁-a₃₃a₂₁a₁₂，???(12)

可見|B^HB-λI|＝0為λ的一元三次方程，選用盛金公式解該方程，可得方程的解；步驟如下：

設一元三次方程為：

aλ³+bλ²+cλ+d＝0，????????????????????????????????????(13)

令：

A=b2-3acB=bc-9adC=c2-3bd,---(14)]]>

Y1,2=Ab+3a(-B±B2-4AC2),i2=-1,---(15)]]>

則：

λ1=-b-(Y13+Y23)3Aλ2,3=-b+(Y13+Y23)(sin300)±(Y13-Y23)(cos300)i3a,---(16)]]>

可得：

λ_min＝min(λ₁,λ₂,λ₃)，????????????????????????(17)

按照上述方法，可得到與其中與分別表示B₀^HB₀及B₁^HB₁的最小特征值。