[發(fā)明專利]無線傳感器網(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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種精確定位算法，尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精確定位算法。

背景技術(shù)

現(xiàn)階段，無線傳感器越來越多的用于工業(yè)領(lǐng)域和測(cè)控領(lǐng)域，大量無線傳感器的應(yīng)用，構(gòu)建起了復(fù)雜的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，而如何對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，一直是阻礙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的一大難題。

專利公開號(hào)為CN104035067A的專利提到，在給定空間中均勻安裝無線傳感器節(jié)點(diǎn)，從而將空間分割為多個(gè)等大小的矩形柵格，各個(gè)節(jié)點(diǎn)知道其標(biāo)定位置；移動(dòng)機(jī)器人在行進(jìn)過程中，其所在矩形柵格的鄰近4個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信將其位置及速度信息告知機(jī)器人，移動(dòng)機(jī)器人對(duì)周圍4節(jié)點(diǎn)給予的位置及速度信息先通過局部卡爾曼濾波器分別進(jìn)行局部最優(yōu)估計(jì)；再利用全局濾波器，通過一定的權(quán)值分配策略，將各局部濾波器結(jié)果進(jìn)行融合，得到全局最優(yōu)融合，再把全局濾波器的過程信息按照一定的分配準(zhǔn)則與局部濾波器進(jìn)行信息分配，同時(shí)利用信息分配因子分別對(duì)各局部濾波器進(jìn)行加權(quán)，將結(jié)果信息顯示出來并存。

專利公開號(hào)為CN101285878的專利提到，一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的垂直相交定位算法用于功率受限的、隨機(jī)分布的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。它是以一個(gè)知道自身位置的移動(dòng)信標(biāo)為前提的，移動(dòng)信標(biāo)在其移動(dòng)軌線上不斷廣播信號(hào)和自己當(dāng)前位置，節(jié)點(diǎn)通過比較信號(hào)強(qiáng)度，記下信號(hào)強(qiáng)度最高的點(diǎn)，并根據(jù)每相鄰兩條邊上得到的兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)度最高的點(diǎn)，利用幾何學(xué)方法來計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位置。它要求移動(dòng)信標(biāo)的軌線為一個(gè)等邊三角形的兩條邊，其邊長(zhǎng)等于移動(dòng)信標(biāo)傳播半徑R。

專利公開號(hào)為CN102123495A的專利提到，一種基于功率衰減（RSSI）校正的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)質(zhì)心定位算法，其特征在于，包括以下步驟：(1)錨節(jié)點(diǎn)周期性向周圍廣播信息，信息中包括自身節(jié)點(diǎn)ID及坐標(biāo)，普通節(jié)點(diǎn)收到該信息后對(duì)同一錨節(jié)點(diǎn)的RSSI取均值；(2)當(dāng)普通節(jié)點(diǎn)收集到n個(gè)錨節(jié)點(diǎn)信息時(shí)不再接收新信息，其中3＜n≤100，普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)RSSI從強(qiáng)到弱對(duì)錨節(jié)點(diǎn)排序，并建立RSSI值與節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)距離的映射；(3)選取RSSI值在 93dbm≤RSSI≤ 113dbm的錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自身定位計(jì)算；(4)對(duì)求出的未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)集合取平均，得到未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。

現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）參考節(jié)點(diǎn)數(shù)量大。如專利公開號(hào)為CN104035067A的專利提到，在給定空間中均勻安裝無線傳感器節(jié)點(diǎn)，從而將空間分割為多個(gè)等大小的矩形柵格，各個(gè)節(jié)點(diǎn)知道其標(biāo)定位置。這就大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和準(zhǔn)備過程。

（2）定位算法復(fù)雜。專利公開號(hào)為CN101285878的專利提到，利用移動(dòng)信標(biāo)在其移動(dòng)軌線上不斷廣播信號(hào)和自己當(dāng)前位置。現(xiàn)有使用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，絕大多數(shù)信標(biāo)都是固定的，移動(dòng)信標(biāo)雖定位準(zhǔn)確，但算法的復(fù)雜程度成指數(shù)倍增加。

（3）利用RSSI值計(jì)算距離誤差較大。專利公開號(hào)為CN102123495A的專利提到，一種基于功率衰減（RSSI）校正的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)質(zhì)心定位算法。功率衰減測(cè)算距離的方式硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但基本只適用于空曠環(huán)境下，在室內(nèi)等復(fù)雜環(huán)境，誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精確定位算法，以解決快速、準(zhǔn)確、直觀的實(shí)現(xiàn)無線傳感器定位的問題。.

為解決存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種無線傳感器網(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；

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