[發(fā)明專利]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精確定位算法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710939220.4
• 申請(qǐng)日: 2017-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN107703484A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓鵬飛;鄒宇;孫鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙航天動(dòng)力機(jī)械測(cè)試所
• 主分類號(hào): G01S5/14
• 分類號(hào): G01S5/14;G01S13/74;H04W64/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精確定位算法，采用基于異步應(yīng)答時(shí)間測(cè)量的測(cè)距、抑制非視距干擾和質(zhì)心定位三項(xiàng)基本算法相結(jié)合的方式，具體步驟為：

首先，利用基于異步應(yīng)答時(shí)間測(cè)量的測(cè)距算法實(shí)現(xiàn)未知節(jié)點(diǎn)測(cè)距，即利用信號(hào)在2個(gè)異步收發(fā)信機(jī)之間的傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的距離，節(jié)點(diǎn)A發(fā)出測(cè)距要求，節(jié)點(diǎn)B收到后將自身發(fā)送延遲時(shí)間附在測(cè)距應(yīng)答幀ACK里，一并發(fā)送給A，節(jié)點(diǎn)A的收發(fā)時(shí)間差為, 節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)B的距離可以表示為，

其中，D為點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)B的距離，C為電磁波傳播速度。

2.然后，利用抑制非視距干擾算法NLOS對(duì)非視距干擾進(jìn)行處理，即建立復(fù)雜環(huán)境測(cè)距模型，若r(t)表示從移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到協(xié)調(diào)器的距離測(cè)量值，則r(t)等于真實(shí)距離d(t)與測(cè)量誤差n(t)和NLOS誤差NLOS(t)之和，

其中，n(t)為零均值高斯變量，NLOS(t)為正隨機(jī)變量；

將NLOS誤差加入卡夫曼濾波的狀態(tài)向量中，采用兩步卡夫曼濾波對(duì)測(cè)距值進(jìn)行濾波，以抑制NLOS誤差，

則，建立NLOS誤差的系統(tǒng)模型為

其中，b(k)為待估計(jì)的NLOS誤差，b(k+1)為下一周期的NLOS誤差，是NLOS環(huán)境變化的常量，(k)為NLOS誤差估計(jì)值的過(guò)程噪聲向量，因此加入NLOS誤差估計(jì)值的卡爾曼濾波算法中各矩陣、向量的設(shè)置如下，

其中，s(k)為系統(tǒng)的狀態(tài)向量，r(k)為到達(dá)時(shí)間估計(jì)值，r＇(k)為r(k)的一階導(dǎo)數(shù)，T為一個(gè)周期，A為系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，W(k)為系統(tǒng)的過(guò)程噪聲。

3.通過(guò)設(shè)置NLOS誤差為第三個(gè)狀態(tài)量，經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波的迭代過(guò)程，估計(jì)出測(cè)量過(guò)程的NLOS誤差分量，根據(jù)b(k)的值判斷NLOS誤差并修正測(cè)量估計(jì)值r(k)，由于NLOS誤差的非負(fù)性，決定了對(duì)于計(jì)算中的b(k)有如下取值，

得到NLOS狀態(tài)誤差的估計(jì)值后，將到達(dá)時(shí)間TOA測(cè)量值的狀態(tài)估計(jì)值減去估計(jì)的NLOS誤差值，即可得到第一步卡爾曼濾波結(jié)果；第二步卡爾曼濾波器用已經(jīng)初步消除NLOS誤差的TOA測(cè)量值作為輸入，進(jìn)一步獲得更精確的TOA估計(jì)，這一步中各矩陣、向量的設(shè)置同傳統(tǒng)的卡爾曼濾波方法相同；

最后，采用質(zhì)心定位算法得到未知節(jié)點(diǎn)的位置，即已知節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距離分別為d₁、d₂、d₃，根據(jù)A、B位置信息可以得到兩個(gè)點(diǎn)0_AB1，0_AB2，分別計(jì)算0_AB1，0_AB2與C的距離d_3-1和d_3-2，選擇|d_3-1- d₃|和|d_3-2- d₃|中值小的作為0點(diǎn)的近似位置0_AB,同樣，可以得到點(diǎn)0_AC、0_BC，用質(zhì)心法，令

，，

就可以得到點(diǎn)的位置坐標(biāo)。