[發明專利]一種基于正交投影檢測無線傳感網絡節點翻轉模糊的三維定位器

在審

• 申請號: 201410850627.6
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104519572A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 董恩清;劉偉;宋洋
• 申請（專利權）人: 威海藍海通信技術有限公司
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

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，針對無線傳感網絡節點定位中翻轉模糊檢測的研究都是集中在二維空間。在二維空間中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，在二維空間中，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。目前針對二維空間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，是目前在二維空間中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。

在我們之前，對無線傳感網絡節點三維定位的翻轉模糊檢測方法的研究還屬空白。我們首次提出了無線傳感網絡節點三維定位的翻轉模糊檢測問題可以等價為判斷在三維空間中是否存在一個平面和若干球(以參考節點為球心，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?Plane，EIP)問題。為了求解EIP問題，我們曾經提出了一種基于公切面的翻轉模糊檢測方法，但是該方法的計算復雜度太高。

發明內容

針對當前基于公切面的方法求解EIP問題計算復雜度太高的缺陷，本發明提供了一種基于正交投影檢測無線傳感網絡節點翻轉模糊的三維定位器。此定位器中在三維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EIP問題等價為在三維空間中尋找一條直線，使其滿足任意兩個參考節點的測距誤差球在它上面的投影線段有重疊。該方法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三維定位過程中，最后用多邊定位方法對未知節點進行三維定位。

具體實現過程如下：

1.無線傳感網絡的節點三維定位中的翻轉模糊問題描述

節點三維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面時，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個平面成鏡?像關系的估計位置。圖2是節點三維定位的翻轉模糊示意圖，圖中節點A、B、C和D是四個位置已知的參考節點，其中A、B和C三點確定了一個平面m，?和分別是它們到未知節點的測量距離。根據上述A、B、C三點和三個測距，我們可以求得未知節點可能所在的兩個位置E和E'，它們是以A、B和C為球心，分別以和為半徑的三個球的交點，且E和E'關于平面m成鏡像關系。O是直線EE'與平面m的交點。假設未知節點的正確位置為E，D到E和E'兩點的距離分別為d_de和d′_de。D點到未知節點的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_de(選擇E)還是更接近d′_de(選擇E′)。當A、B、C、D四點幾乎共面時，d_de和d′_de相差不大。由于測距誤差的存在，就有可能錯誤地選擇E′作為未知節點E的估計位置。如果做出錯誤的選擇，且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.EIP問題