[發明專利]一種基于移動機器人輔助的無線傳感器網絡節點定位方法

有效

• 申請號: 201610545672.X
• 申請日: 2016-07-12
• 公開（公告）號: CN106131955B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 陳孟元;陳曉飛;凌有鑄
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W4/02;H04W84/18
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司34111
• 代理人: 楊濤

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡節點定位領域，尤其涉及一種基于移動機器人輔助的無線傳感器網絡節點定位方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSNs)作為一項無線通信和傳感檢測技術相互交融的新興技術，已經成為國防軍事，生物醫療，生產生活，交通管理等領域不可或缺的力量。然而在許多運用中，只有節點位置狀態已知，才能更有效的發揮各個節點的監測功能。在環境不確定和未知情況下，如何更穩定、精確的實現節點定位已經成為WSNs的基礎和關鍵技術問題之一。

WSNs中通常含有大量隨機散布的傳感器節點，可以采用人為標定的定位方式或利用傳感器自身攜帶的全球定位系統(Global Positioning System，GPS)來實現。隨著WSNs布網的日益規?；?，人工標定的難度和成本也在不斷提高，致使每個傳感器節點裝載GPS變得不再切合實際。目前節點定位方法主要采用的有基于多個錨節點的三邊定位法、DV-HOP法、蒙特卡洛法等，但這些定位方法的實現大多是基于多個固定錨節點實現的，要想實現高精度的動態定位，對錨節點的部署及數量具有較高的要求，數量的增加還會致使計算負荷增加，影響定位的可靠性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于移動機器人輔助的無線傳感器網絡節點定位方法，以解決現有技術中導致的上述多項缺陷。

本發明實施例采用如下技術方案：

一種基于移動機器人輔助的無線傳感器網絡節點定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1)節點與部分已知錨節點相互通信定位，獲得相對參考定位信息；

步驟2)移動機器人在移動過程中周期性發送位置信息并建立與節點間的有效觀測，建立觀測距離集合及位置坐標集合；

步驟3)機器人與節點協作輔助定位，建立多約束不等式組，求取估計位置；

步驟4)利用高斯混合容積卡爾曼濾波算法對定位進一步求精。

可選的，所述步驟1)中，部分節點之間進行相互通信，獲得相對距離信息。節點Mⁱ和M^j獲得的相對節點距離信息為d^i,j，節點與節點的測量模型可表示為：

其中z^i,j表示節點間的位置信息，為節點之間的測距產生的高斯噪聲，(xⁱ,yⁱ)，(x^j,y^j)為節點i和j的位置坐標。

可選的，所述步驟2)中，所述的機器人在到達每個狀態X_k處可以與每個節點建立相對有效的測量，測量后可獲得與節點的相對距離和相對角度機器人對節點的測量模型為：

其中q^r(X_k,M^j)為機器人對節點的測量方程，(x_k,y_k)為k時刻機器人的坐標，(x^j,y^j)為節點j的位置坐標，表示無線通信帶來的誤差，為機器人與節點間的觀測高斯噪聲。

可選的，所述步驟3)中，協作輔助定位中機器人端向監測計算機發送的數據包括時間k，機器人當前位置X_k，與鄰節點建立的定位信息對鄰節點的測量通過移動機器人在不同位置的觀測，每個節點可以得到一系列關于自身位置的不等式約束：由此可以產生多約束的不等式組，通過最小化得到最佳位置逼近。

可選的，所述步驟3)中，協作輔助定位對應的狀態空間方程為：

其中X_k表示k時刻機器人當前位置，Z_k表示k時刻對節點j的觀測值，ε_k為傳感區域內因環境導致的位置觀測噪聲，表示無線射頻觀測產生的高斯噪聲。

可選的，所述步驟4)中，獲得預估位置信息后，利用高斯混合容積卡爾曼濾波算法對定位信息進行狀態融合估計。

可選的，所述步驟4)中，高斯混合容積卡爾曼濾波算法分為三部分，高斯分割、門限判別、預測更新。