[發明專利]一種基于正交投影能夠檢測無線傳感網絡節點翻轉模糊的定位器

有效

• 申請號: 201310597657.6
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN104101860A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 董恩清;劉偉;張德敬;宋洋;高翔;孫祺;崔文韜;張軍蕊
• 申請（專利權）人: 山東大學（威海）
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00;H04W64/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡的節點定位領域。

背景技術

無線傳感網絡(Wireless?Sensor?Networks,?WSN)節點定位是當前的研究熱點之一。WSN的節點定位方法通常可以劃分為基于測距和基于非測距的兩種方法。其中基于測距的方法，由于定位精度高在節點定位中被廣泛采用。不過該方法存在從已知的數據所估計位置信息的非唯一性問題，也就是在定位中將出現節點的翻轉模糊問題。而且，基于測距的定位方法在實際定位中，如果發生翻轉模糊，就可能產生節點定位的雪崩效應，導致整個網絡節點的定位失效。因此，有必要采取一定的措施去檢測節點翻轉模糊是否會發生，從而減小其對整個網絡定位過程的影響。

目前主要采用魯棒四邊形的方法來檢測節點定位的翻轉模糊問題。該類方法通過判斷未知節點和三個參考節點組成的一個四邊形是否滿足一定的幾何條件，來確定未知節點的定位不發生翻轉模糊的魯棒性。大多數魯棒四邊形方法只適用于采用三個參考節點的三邊定位。相對于三邊定位方法，使用多于三個參考節點的多邊定位方法更能得到較小的平均定位誤差，因此在基于測距的無線傳感網絡的節點定位中，大多采用多邊定位方法。目前針對多邊定位中節點翻轉模糊問題的研究還是非常少，雖然有些魯棒四邊形方法也能用于多邊定位，但是其計算復雜度大，而且判斷效果較差。而將翻轉模糊問題等價為判斷是否存在一條直線和若干圓（以參考節點為圓心，以參考節點到未知節點的測距誤差絕對值的最大值為半徑）都相交（Existence?of?Intersecting?Line，EIL）問題，是目前判斷效果較好的一種用于多邊定位中節點翻轉模糊的檢測方法。不過，目前求解EIL問題采用的公切線法，其計算復雜度太大。

發明內容

針對當前公切線法求解EIL問題計算復雜度較高的缺陷，本發明提供了一種基于正交投影能夠檢測無線傳感網絡節點翻轉模糊的定位器。此定位器中在定位過程中加入了檢測節點翻轉模糊的措施，并利用正交投影的方法，將EIL問題等價為在二維空間中尋找一條滿足任意兩個參考節點的測距誤差圓在它上面的投影線段有重疊部分的直線問題，能夠降低檢測節點翻轉模糊的計算復雜度。本發明是通過以下技術方案實現的：

將尋找滿足上述條件的直線問題轉化為一個角度計算問題，并利用坐標變換的方式求解。將翻轉模糊檢測加入到無線傳感網絡的節點定位過程中，最后用多邊定位方法對未知節點進行定位。

具體實現過程如下：

1．無線傳感網絡的節點定位中的翻轉模糊問題描述

節點定位的翻轉模糊問題的發生指的是當參考節點間的位置幾乎共線時，由于測距誤差的存在，導致未知節點的定位存在兩個關于某一條直線成鏡像關系的估計位置。圖2是節點的翻轉模糊示意圖，圖中節點A、B和C是位置已知的參考節點，????????????????????????????????????????????????、和分別是他們到未知節點的測量距離。以B、C兩點為圓心，分別以和為半徑畫兩個圓。未知節點的位置必然在兩圓的交點D或D′上，且關于直線BC對稱。假設待定位的未知節點位置為D，A到D和D′兩點的距離分別為d_ad和d′_ad。測量距離用來選擇未知節點的估計位置，其選擇的標準是更接近d_ad（選擇D）還是更接近d′_ad（選擇D′）。當A、B、C三點幾乎共線時，d_ad和d′_ad相差不大。由于測距誤差的存在，就有可能錯誤地選擇D′作為未知節點D的估計位置。如果讓這種錯誤定位的未知節點參與其它未知節點的定位，可能導致整個網絡節點的定位失效。

2.?EIL問題