[發明專利]一種基于無人機移動信標的無線傳感器網絡節點定位方法

在審

• 申請號: 201911412421.4
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111132014A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 汪洋;易黎;郭士串;王柯
• 申請（專利權）人: 南京烽火星空通信發展有限公司
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W64/00;H04W84/18;G06N3/12;H04B7/185
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 程斯佳

本發明涉及一種基于無人機移動信標的無線傳感器網絡節點定位方法，首先在信標分布階段提出最小矩形和等距三重覆蓋算法實現多信號覆蓋，保證無線傳感器網絡中各節點分別能同時接收來自至少三個移動信標的傳感信號；再提出兩階段啟發式算法實現多無人機飛行軌跡優化，然后在定位階段提出基于閾值選擇的多重定位算法，基于信號的數量選擇相應算法進行定位；由此，本發明從整體和系統的角度，集成研究了移動信標自定位、無人機飛行軌跡優化、以及目標定位三個場景下的模型和算法，并通過案例仿真實現三個場景結合后的結果，驗證了模型和算法的可行性和有效性，有效提高了無線傳感器網絡節點定位的準確性。

技術領域

本發明涉及一種基于無人機移動信標的無線傳感器網絡節點定位方法，屬于運籌優化技術領域與WSN節點定位技術領域。

背景技術

無人機協助WSN節點定位是一個更加便捷、高效的方法，多個功能節點之間通過無線通信形成一個連接的網絡，即無線傳感器網絡WSN，無線傳感器網絡主要由三大部分組成，包括節點、傳感網絡和用戶這3部分。其中節點的定位是WSN中至關重要的問題，尤其在目標定位領域，由于成本限制，無法為每個節點安裝GPS，為了改善WSN定位的成本和效率，無需布置成千上萬個信標節點，只需多個無人機搭載帶有GPS的無線傳感器(移動信標)即可實現目標定位。

但現有無人機協助定位技術的不足之處，主要體現在構建信標分布和定位兩個階段：(1)為了實現信號覆蓋，需要設置無人機的飛行高度、角度、發射頻率等，且不能保證多信號覆蓋，其操作較為繁雜，而且不能保證整體的有效性和準確率；(2)因沒考慮信標分布，對于算法本身進行研究，如三邊測量法、最小二乘法、蒙特卡洛和DV-HOP法等，算法較為單一。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于無人機移動信標的無線傳感器網絡節點定位方法，能夠有效提高無線傳感器網絡節點定位的準確性。

本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了一種基于無人機移動信標的無線傳感器網絡節點定位方法，通過自帶衛星定位功能的各個無人機，針對無線傳感器網絡中的各節點實現定位，包括如下步驟：

步驟A.針對無線傳感器網絡中全部節點的整體覆蓋區域，獲得整體覆蓋區域豎直方向投影下中各個移動信標二維坐標，且無線傳感器網絡中各節點分別能同時接收來自至少三個移動信標的傳感信號，然后進入步驟B；

步驟B.針對各個移動信標二維坐標，獲得多個無人機分別從不同出發位置出發、所對應的最優飛行路徑，然后進入步驟C；

步驟C.各架無人機分別以不同出發位置、沿其最優飛行路徑進行飛行，并且無人機在各個移動信標位置發射傳感信號；與此同時，無線傳感器網絡中各節點分別執行如下步驟C1至步驟C5，實現各節點的定位；

步驟C1.節點接收到傳感信號，并判斷所接收不同傳感信號的數量是否不小于3，是則進入步驟C2；否則重復執行步驟C1；

步驟C2.若該節點所接收到傳感信號的數量等于3，則進入步驟C3；

若該節點所接收到傳感信號的數量大于3，則進入步驟C4；

步驟C3.采用改進三邊測量算法，獲得該節點的定位信息；

步驟C4.采用極大似然估計算法，獲得該節點的初步定位信息，然后進入步驟C5；

步驟C5.采用擴展卡爾曼濾波算法，針對該節點的初步定位信息進行優化，獲得該節點的定位信息。

作為本發明的一種優選技術方案，所述步驟A包括如下步驟A1至步驟A3：