[發明專利]基于壓縮感知的分布式多區域定位方法

有效

• 申請號: 201310337028.X
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103428850A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 羅娟;查俊莉;潘陳
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

技術領域

本發明屬于無線傳感器定位領域，涉及一種基于壓縮感知的分布式多區域定位方法。

背景技術

無線定位是無線網絡中的一個重要問題。對于大多數應用，例如：環境監測、醫療、智能家居等不知道事件發生的位置而感知的數據是沒有意義的，因此節點定位在傳感器網絡研究中有著重要的意義。最簡單的定位方式是高精度的全球定位系統(Globe-Positioning-System，GPS)。但該系統的定位精度受衛星位置、射頻信號噪聲、大氣環境和信道上的障礙物的影響。然而，建筑物可以遮擋GPS的信號，使定位精度嚴重受到影響。因此，GPS不能應用于室內定位。

隨著傳感器技術、嵌入式技術、通信技術的迅速發展，具有一定感知能力、計算能力和通信能力的無線傳感器開始出現，其應用越來越廣泛，成為研究的熱點。針對室內傳感器網絡定位，由于環境相對復雜，節點很容易受到環境因素的影響，從而導致傳輸信號的衰減，反射，吸收。因此，環境因子對室內傳感定位的影響成為研究的重點。傳統基于接收信號強度(Received?Signal?Strength，RSS)的指紋定位算法通過奈奎斯特采樣定理，采集兩倍于發射頻率的樣本，通過傳統的定位算法對未知節點進行定位，可以較小環境因子的影響，但通信和計算開銷較大。

因此，有必要設計一種新的區域定位方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于壓縮感知的分布式多區域定位方法，該基于壓縮感知的分布式多區域定位方法通過在線階段的多區域加權疊加機制，降低了聚類復雜度，減少了定位能耗，且定位精度高。

發明的技術解決方案如下：

一種基于壓縮感知的分布式多區域定位方法，包括離線階段和在線階段：

1)離線階段：

對采樣樣本進行加權，并建立離線指紋庫；

2)在線階段：

待定位節點實時接收感知到的錨節點信息，錨節點為位置已知的節點，先進行網格選擇，再選擇可感知到的錨節點，最后通過信號恢復方法完成定位。

所述的離線階段包括以下步驟：

1)建立離線測量矩陣：

定位區域內網格點的總數為N，錨節點的個數為L；在每個網格上，進行q次采樣，搜集網格點感知到的所有錨節點的RSS(接收信號強度)值，獲取一個初始L×N維的離線測量矩陣

其中表示第j個網格點在第i個錨節點采樣的離線RSS平均值；

表示網格點j接收到錨節點i的第τ個RSS采樣值；如果未搜集到錨節點的信息，令

2)加權錨節點：

權值矩陣W＝[w₁，w₂，…，w_L]^T，其中表示第i個錨節點的權值，即每個錨節點在所有網格點采集RSS過程中的貢獻值，Numk表示在第k個網格點上是否感知到了該錨節點，即當在網格點放置一測試傳感節點時，錨節點是否在測試傳感節點的通信范圍之內，Numk∈{0，1}；

3)建立離線指紋庫：

參考節點j接收到測試點即錨節點i采樣值的無偏估計表示為對于每個參考節點j，無偏估計矩陣表示為Δ_j＝[Δ_1，j，Δ_2，j，…，Δ_L，j]^T；離線指紋庫表示為其中(x_j，y_j)是參考節點j的坐標。

所述的在線階段包括以下步驟：

1)多區域疊加

定義網格的相關性矩陣為R，R是一個N×1的向量，若第j個網格節點與待定位節點存在相關性，那么R(j)＝1，否則為0，即R(j)∈{0，1}；網格與待定位節點間的相關性通過待定位節點感知到的錨節點進行確定，具體的確定方法如下：

根據w_i×RSS_i，j，i＝1，2，…，L，j＝1，2，…，N的值對待定位節點4所感知到的錨節點進行排序(RSS_i，j表示第j個網格點在第i個錨節點采樣的在線RSS平均值)，取前四個值非零的錨節點通信區域進行疊加，若不足四個則取所有非零的錨節點，所選取的錨節點即為選定錨節點，設定所有選定錨節點的通信半徑均為r；以各選定錨節點為圓心，r為半徑作圓，獲取所有這些圓形的重疊區域，以重疊區域中的所有網格點，建立關聯矩陣R；處于重疊區域中的網格點的關聯度R(j)＝1，即第j個網格點的關聯度為1，不在重疊區域中的網格點的關聯度記為R(j)＝0；并將未知節點感知的錨節點個數記為A_Num；