[發明專利]一種針對TDOA定位的傳感器選擇方法

有效

• 申請號: 202010210613.3
• 申請日: 2020-03-23
• 公開（公告）號: CN111505576B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 戴子超;王剛;屈龍
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 周玨

本發明公開了一種針對TDOA定位的傳感器選擇方法，其在參考坐標系中布置目標源和接收傳感器；設定從接收傳感器中選擇作為參照傳感器和非參照傳感器的個數，基于TDOA測量模型，建立目標源在參考坐標系中的坐標位置的克拉美?羅界與接收傳感器的狀態之間的關系，進而建立TDOA測量模型下的傳感器選擇問題；利用舒爾補性質和半正定松弛技術將傳感器選擇問題轉化為一個半正定規劃問題；求解半正定規劃問題，再通過半正定規劃問題的解確定參照傳感器和非參照傳感器；優點是其只使用了一個向量變量來構建TDOA測量模型下的傳感器選擇問題，降低了計算復雜度且在一定程度上提高了方法的魯棒性。

技術領域

本發明涉及一種傳感器選擇方法，尤其是涉及一種無線傳感器網絡中，針對TDOA(到達時間差)定位的傳感器選擇方法。

背景技術

在無線傳感器網絡中，目標定位是一項十分重要的技術，具有廣泛的應用前景。

在一個大型的無線傳感器網絡中，由于傳感器自身的電量、通信范圍以及信道寬度都是有限的，因此，使用無線傳感器網絡中全部的傳感器對目標進行定位通常來說是不可行的。為了解決此類問題，人們考慮基于某些標準，從無線傳感器網絡中選擇出一定數量的傳感器，并使用這些傳感器對目標進行定位。通常，為了得到盡可能高的定位精度，人們會以最小化克拉美-羅界(CRLB)的跡或最大化費希爾信息矩陣(FIM)的行列式作為目標函數，定義一個布爾向量作為優化變量來表示選擇的傳感器，從而構建出一個整數規劃問題，再對該整數規劃問題進行求解，最終實現無線傳感器網絡中的傳感器選擇。

在實際應用中，基于到達時間差(TDOA)的定位由于具有較高的定位精度和被動性，因而被廣泛地應用。但是，在基于到達時間差(TDOA)的定位中，由于參照傳感器的存在，使得針對TDOA定位而設計的傳感器選擇方法通常需要定義兩個向量變量來表示參照傳感器和非參照傳感器的選擇情況，因此，導致目前已有的針對TDOA定位而設計的傳感器選擇方法在性能上均不能達到令人滿意的結果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種針對TDOA定位的傳感器選擇方法，其只使用了一個向量變量來構建TDOA測量模型下的傳感器選擇問題，降低了計算復雜度并提高了方法的魯棒性。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種針對TDOA定位的傳感器選擇方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：在無線傳感器網絡中建立一個平面坐標系或空間坐標系作為參考坐標系；設定無線傳感器網絡中存在一個用于發射測量信號的目標源和N個用于接收測量信號的接收傳感器，將目標源在參考坐標系中的坐標位置記為u，將N個接收傳感器在參考坐標系中的坐標位置的真實值對應記為s₁,...,s_N；其中，N＞1，s₁表示第1個接收傳感器在參考坐標系中的坐標位置的真實值，s_N表示第N個接收傳感器在參考坐標系中的坐標位置的真實值；

步驟二：設定從無線傳感器網絡中選取1個接收傳感器作為參照傳感器，并設定從無線傳感器網絡中選取K-1個接收傳感器作為非參照傳感器用于定位；引入一個向量變量用于表示N個接收傳感器的狀態，其中，N＞K＞1，的維數為N×1，符號“[]”為向量表示符號，上標“T”表示矩陣或向量的轉置，1≤i≤N，對應表示第1個接收傳感器的狀態、第2個接收傳感器的狀態、……、第i個接收傳感器的狀態、……、第N個接收傳感器的狀態，若第i個接收傳感器被選取作為參照傳感器則令若第i個接收傳感器被選取作為非參照傳感器則令若第i個接收傳感器未被選取用于定位則令

步驟三：根據獲取一個維數為N×(K-1)的變量矩陣，記為的獲取過程為：構造一個以中的所有元素為主對角線元素的對角矩陣然后將中參照傳感器的狀態所對應的行中的所有元素置為-1，并刪去參照傳感器的狀態以及未被選取用于定位的接收傳感器的狀態所對應的列，至此得到其中，表示構造以中的所有元素為主對角線元素的對角矩陣；