[發(fā)明專利]一種基于RSS的凸優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911043460.1
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110996248B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金小萍;梁俊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量大學(xué)上虞高等研究院有限公司;中國計(jì)量大學(xué)
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/021;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發(fā)明公開了一種基于接收信號強(qiáng)度(RSS)的凸優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，該方法在RSS測距方程的基礎(chǔ)上，利用相對誤差估計(jì)準(zhǔn)則(LARE)構(gòu)建出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位方程，然后根據(jù)凸優(yōu)化的方法推導(dǎo)出魯棒性的定位算法；同時考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率未知的情況，利用迭代的方法進(jìn)行求解。仿真結(jié)果表明，該方法在基于RSS的測距定位方法中具有更低的均方根誤差(RMSE)和更好的定位精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位方法，具體地說是一種基于RSS測距方法的傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法。

背景技術(shù)

如今，無線傳感器定位的需求已經(jīng)無不在，商業(yè)，公共服務(wù)，軍事部門的許多方面都需要易于實(shí)施的小規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)對人員等信息的定位。因此，傳感器節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)近年來變得非常普遍。常用的傳感器定位測距方法包括到達(dá)時間(TOA)、到達(dá)時差(TDOA)、到達(dá)角(AOA)和接收信號強(qiáng)度(RSS)，由于基于RSS的定位方法廉價且易于實(shí)現(xiàn)，人們對于RSS定位技術(shù)的研究越來越普遍。

但是考慮到基于RSS測距的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法中的RSS測量模型具有高度非線性和非凸性,常規(guī)的線性處理求解方法無法得到最佳的求解數(shù)值，也就無法實(shí)現(xiàn)精確的定位。比如，傳統(tǒng)的RSS測距定位方法僅僅使用最小二乘法來對節(jié)點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行估計(jì)，無法求解出精確的數(shù)值。又或者是用線性的模型去近似的代替，求解出來的數(shù)值也并非最優(yōu)數(shù)值。由于這些方法求解的節(jié)點(diǎn)信息是非凸的，鑒于此，現(xiàn)今的算法都是追求魯棒性高的凸性求解估計(jì)器，相關(guān)手段就是在最大似然估計(jì)準(zhǔn)則(ML)或者是加權(quán)最小二乘估計(jì)準(zhǔn)則(WLS)等估計(jì)準(zhǔn)則上求解出凸性的定位算法來實(shí)現(xiàn)傳感器的節(jié)點(diǎn)定位，但采用這些方法，是通過優(yōu)化噪聲量來構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，這一方法會帶來更多誤差，由此仍然無法解決定位精度不好的缺點(diǎn)。

基于上述背景，針對RSS測距的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的一種新的凸優(yōu)化定位算法被提出。該算法在RSS測距方程基礎(chǔ)上，首先構(gòu)建出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位方程，然后根據(jù)凸優(yōu)化的方法構(gòu)建出了一個魯棒性的定位方法。同時考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率未知的情況也對該定位方法進(jìn)行了分析，利用迭代的方法求解。仿真結(jié)果表明，該方法在基于RSS的測距定位方式中具有更好的定位精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題，提出了一種基于RSS的凸優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于RSS的凸優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其包括以下步驟：

首先，該方法在RSS測距方程的基礎(chǔ)上，利用相對誤差估計(jì)準(zhǔn)則(LARE)構(gòu)建出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位方程；其次，根據(jù)凸優(yōu)化的方法推導(dǎo)出一個魯棒性的節(jié)點(diǎn)定位方法；同時，考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率未知的情況對該定位方法進(jìn)行了分析，提出用迭代的方法去求解該定位方法。

上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有N個定位錨節(jié)點(diǎn)傳感器和1個待定位傳感器x，對應(yīng)的第N個錨節(jié)點(diǎn)傳感器的RSS表達(dá)式為

其中，P₀是發(fā)射功率參數(shù),d₀是功率參考距離，γ是定位系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)，s_i是已知的錨節(jié)點(diǎn)傳感器坐標(biāo),n_i表示噪聲向量，其元素分別服從零均值的高斯分CN(0,σ²)，σ²為噪聲功率。

更進(jìn)一步地，將所述錨節(jié)點(diǎn)傳感器的RSS表達(dá)式轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性形式，進(jìn)行線性化處理得到

d_i＝r_iε_i,i＝1,...,N (2)

其中，各個等價參數(shù)分別為

更進(jìn)一步地，利用相對誤差估計(jì)準(zhǔn)則，將線性表達(dá)式轉(zhuǎn)換成相對誤差估計(jì)的形式，即可得到節(jié)點(diǎn)定位的估計(jì)方程