[發明專利]基于RSS的無線傳感器網絡定位方法

有效

• 申請號: 201410151763.6
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103945529B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 顏俊;曹楊芹;吳曉富;朱衛平
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;G01S5/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 孫雪

技術領域

本發明涉及一種無線傳感器定位方法，屬于無線通信技術、傳感器技術和分布式計算的特殊自組織網絡技術領域。

背景技術

近年來隨著無線網絡的普及和普適計算的高速發展，無線定位技術已經在醫療，教育，公共安全和軍事等領域得到發展。作為一種融合了無線通信技術、傳感器技術和分布式計算的特殊自組織網絡，無線傳感器定位系統可以部署在危險區域，長期地、協作地實時監測、且定位數據處理方便，因此，基于無線傳感器網絡定位系統的研究已經發展起來了。

利用接收信號強度（RSS）參數進行定位只需無線收發器。無需任何額外的硬件輔助，實現簡單，應用成本低。隨著測量理論的發展，壓縮測量稀疏信號重構已廣泛應用于無線傳感網絡目標定位.由于壓縮感知技術只需要采集少量目標狀態信息，就能夠恢復出原信號。所以國內外已經開展了上述的研究工作。

Feng C等人用壓縮感知的方法研究了傳感器網絡目標定位問題， [Feng C,Valaee S,Tan Z.Multiple target localization using compressive sensing[C]//Global Telecommunications Conference, 2009.GLOBECOM2009.IEEE.IEEE,2009:1-6.]，文中把傳感器網絡多目標定位問題轉換為K個理想的稀疏度為1的N維向量的重構問題，該方法只能應用于目標位置在網格中心的情況，并沒有考慮目標在網格的其他位置。何風行等人采用壓縮感知方法使通信開銷從M× K減少到M，（M是傳感節點，K是目標個數），并對于目標不在網格中心的情況提出了采用迭代回溯的壓縮感知算法，部分提高了定位精度，[何風行，余志軍,劉海濤.基于壓縮感知的無線傳感器網絡多目標定位算法[J].電子與信息學報，2012,32(3):716-721.]，但是該算法計算量較大，不適合實時定位系統，而且系統性能受噪聲影響明顯，當目標位置靠近傳感器節點時，定位不準確。在另一篇文獻 [何風行，余志軍，呂政，劉海濤。基于RSS的WSN多目標定位壓縮感知算法優化[J].南京郵電大學學報(自然科學版),2012,32(1): 24-28.],何風行等人采用殘差最優匹配的方法對壓縮感知重構算法進行改進，提出了根據重構結果判斷定位是否成功的算法框架，給出了一種降低系統通信開銷的工作方式。但是在噪聲干擾下，定位誤差仍然比較大。

發明內容

為了解決上述問題，本發明運用接收信號強度參數，將壓縮感知技術和多邊測量定位技術相結合，提供了一種基于RSS的無線傳感器網絡定位方法，該方法的主要思想是將定位分為兩個階段：粗定位階段和精定位階段；在粗定位階段運用壓縮感知技術，盡可能采集更少量的數據，重構出目標可能的存在范圍；在精定位階段，根據粗定位階段獲得的目標定位區域，利用多邊測量技術，對定位目標進行精確定位。本發明技術方案的步驟如下：

設定M是傳感器個數，N是網格個數，K是稀疏度，Φ是測量矩陣，Y是測量值，X是重構向量，x_N是X向量中的分量。

（1）壓縮感知‐粗定位階段：

將基于網格的目標信號定位問題轉化為壓縮感知問題，運用壓縮感知方法對目標信號進行定位，求得重構向量X；

（2）選取X中最大分量，與網格內存在目標的閾值δ做比較，如果最大分量大于該閾值δ，則目標信號處于網格中心，轉至步驟（5）；否則目標信號不在網格中心，繼續下一步；

本發明對單一目標進行定位，當x_N是X向量中最大分量時，表示第N個網格內存在目標，并且當x_N等于1時，表示目標在第N個網格的中心。

在有噪聲干擾的情況下，當第N個網格內存在目標時，恢復出的信號X中，x_N分量的實際值要小于理論值。

在不同分貝噪聲干擾的情況下，當第N個網格中心存在目標時，重構出的x_N分量值的大小也不同。

噪聲干擾越大，對應第N個網格中心存在目標的閾值就越小。

所以在有噪聲干擾的情況下，重構出的X值中，最大分量值如果大于或等于對應噪聲下網格內存在目標的閾值，就表示該目標位于網格中心，否則目標位于網格其他位置。

（3）本發明每隔2個網格布設一個傳感器，計算出目標信號所在的范圍，利用基站選擇策略選取接收到目標信號最強的4個傳感器節點；

（4）多邊測量‐精定位階段：