[發明專利]一種室外自適應的被動式目標的定位方法

有效

• 申請號: 201710704510.0
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107801168B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 童文燦
• 申請（專利權）人: 龍巖學院
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W64/00
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 李寧

本發明一種室外自適應的被動式目標的定位方法，采用聚類思想實現目標的聚類，然后利用RSSI測距模型和加權多邊質心算法計算被動式目標的最終位置坐標，降低了被動式多目標定位的誤差，仿真結果的平均誤差為1.18，多目標的定位結果軌跡和實際位置軌跡趨勢基本吻合。可應用于大規模隨機散布的野外應用場景，各傳感節點并不需要精確的定位，利用信標節點作為參考點實現目標生物的定位。各傳感節點在初始化階段會自適應地建立無線傳感網中各個節點的相對位置坐標，即可滿足實際應用需求，并且實現要求的硬件成本低本、定位過程的通信開銷小、功耗低。

技術領域

本發明屬于無線通信領域，尤其涉及一種室外自適應的被動式目標的定位方法。

背景技術

無線傳感網絡作為物聯網時代下的核心技術，被廣泛運用于軍事、安防、環境監測、搜索救援、目標追蹤等短距離無線組網的各種應用場景。基于各傳感節點和環境的交互場景，節點通常隨機散布在一定的監測區域內，因此自身的定位是大多數應用場景下的基礎和前提。

目前，目標定位技術主要分為主動式目標定位和被動式目標定位兩類，其本質區別在于目標是否攜帶設備參與無線信號的接收或發送。主動式定位技術通常要求定位目標攜帶信號收發設備，通過信號的衰減或相位的變化來實現定位；被動式定位則不要求目標攜帶任何數據收發設備，這給被動式定位可行性研究與定位精度提升帶來極大困難。

而從定位算法上，也可以分為基于測距和基于非測距的兩大類。基于測距的定位通過測量節點間點到點的距離或角度信息,并使用三邊測量法、三角測量法或最大似然估計法計算節點位置。常用的測距技術有RSSI、TOA、TDOA和AOA。基于RSSI模型的測距技術中，無線傳感網通過接收到的信號強度值RSSI，獲得接收到的數據包信息，計算節點之間的距離，從而確定每個目標節點的位置。無需測距的定位算法中，則不需要距離和角度信息，算法根據網絡的連通性等信息來實現節點的定位。上述的定位技術和定位算中，針對多目標的被動式定位則暫時還沒有成熟算法。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種室外自適應的被動式目標的定位方法，通過基于RSSI測距模型的節點自定位、凝聚型層次目標聚類以及三邊和多邊質心算法，實現被動式隨機目標的定位。

本發明一種室外自適應的被動式目標的定位方法，包括如下步驟：

步驟1、基于RSSI計算信標節點之間的距離

采用自由空間傳播模型和對數-常態分布模型相結合的方式計算信標節點之間的距離，自由空間無線傳播損耗模型如下：

()

其中，d為相距信源的距離，f是無線頻率，k為路徑衰減因子；

對數-常態分布無線傳播損耗模型為：

(2)

其中，是經過距離d后的路徑損耗，是高斯隨機分布變數，取d₀=1m，代入公式（1），求得loss即為的值，根據公式（2）可得出各未知節點與信標節點的信號強度RSSI值為：

（3）

依據公式（1）至（3），根據信標節點收到任意一個節點的信號強度RSSI，即可求得該節點與信標節點之間的距離；

步驟2、參考節點自定位

無線傳感網中由無線模塊和傳感模塊構成的各節點統稱為參考節點，將參考節點分為中心節點和監測節點，各節點之間的距離通過接收的RSSI計算求得；通過參考節點的自定位，自適應地建立無線傳感網中各個節點位置信息，位置信息用平面坐標表示；