[發明專利]一種發送功率未知條件下的傳感器網絡定位方法

有效

• 申請號: 202010562845.5
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111929640B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 施炯;金麗萍;毛雯雯;李君
• 申請（專利權）人: 浙江萬里學院
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 周玨

本發明公開了一種發送功率未知條件下的傳感器網絡定位方法，其在平面或立體空間中部署無線傳感器網絡；根據對數?正態能量接收模型，獲取每個錨節點接收到的無線信號的功率；中心節點將功率的描述轉變為乘積模型，根據最小均方相對誤差準則，得到求解源節點的位置估計值和發送功率估計值的問題表達式；通過化簡得到估計源節點的位置和發送功率的目標函數；通過引入變量轉化為非凸上鏡圖問題；利用半正定松弛技術，轉化為凸的半正定規劃問題；利用內點法求解凸的半正定規劃問題，得到源節點的位置估計值和發送功率估計值；優點是在源節點的發送功率未知的情況下，從相對誤差估計理論和凸優化理論的角度出發實現定位，且定位精度高、計算復雜度低。

技術領域

本發明涉及一種目標定位技術，尤其是涉及一種發送功率未知條件下的傳感器網絡定位方法。

背景技術

近年來，隨著無線傳感器網絡技術的發展，其目標定位技術在導航、家居、工業和環境監測等領域得到了廣泛的應用。現有的目標定位技術中，根據信號測量方式的不同，可以分為到達時間(time-of-arrival，TOA)、到達時間差(time-difference-of-arrival，TDOA)、到達角度(angle-of-arrival，AOA)、接收信號強度(received-signal-strength，RSS)和聲能(acoustic?energy)。與其他幾種方法相比，基于RSS的目標定位方法無需增加額外測距硬件，功耗低，部署簡單，非常適合應用于資源受限的無線傳感器網絡，因而成為了當前目標定位方法研究的熱點。當前很多基于RSS的目標定位方法將源節點的發送功率作為先驗信息，事實上，在開始定位之前，系統可以通過訓練，獲得發送功率信息。但在實際應用中，源節點的發送功率受環境和電池電量的影響，很難保證發送功率的一致性。若發送功率不準確，則勢必會引入額外的定位誤差，導致系統性能降低。因此，有學者提出了針對發送功率未知情況下的目標定位方法。在文獻On?received-signal-strength?basedlocalization?with?unknown?transmit?power?and?path?loss?exponent(發送功率和路徑衰減因子未知情況下基于接收信號強度的定位)(G.Wang,H.Chen,Y.Li,and?M.Jin,IEEE?Wireless?Communications?Letters,vol.1,pp.536-539,2012.)中，Wang等作者提出了一種聯合估計源節點發送功率和位置的非線性加權最小均方估計WLS模型，該問題通過UT變換(Unscented?Transformation)和二分法(Bisection?method)得到了解決。在文獻RSS-based?localization?in?wireless?sensor?networks?using?convex?relaxation:Noncooperative?and?cooperative?schemes(使用凸松弛方法求解無線傳感器網絡中的基于接收信號強度的定位問題：合作和非合作方案)(S.Tomic,M.Beko,and?R.Dinis,IEEETransactions?on?Vehicular?Technology,vol.64,pp.2037-2050,2014)和文獻Cooperative?received?signal?strength-based?sensor?localization?with?unknowntransmit?powers(發送功率未知情況下基于接收信號強度的合作定位)(R.M.Vaghefi,M.R.Gholami,R.M.Buehrer,and?E.G.Strom,IEEE?Transactions?on?Signal?Processing,vol.61,pp.1389-1403,2012.)中，原ML問題轉換為發送功率和位置未知的近似非線性加權最小均方估計問題，通過凸松弛，進一步將問題轉化為凸的半正定規劃和二階錐規劃問題，使得問題得到了高效解決。在文獻RSS-based?method?for?sensor?localization?withunknown?transmit?power?and?uncertainty?in?path?loss?exponent(發送功率未知、路徑衰減因子不確定條件下的基于接收信號強度的傳感器定位方法)(J.Huang,P.Liu,W.Lin,and?G.Gui,Sensors,vol.16,p.1452,2016.)中，Huang等人提出了一個在路徑衰減因子(Path?loss?exponent，PLE)不確定情況下的聯合估計發送功率和未知位置的WLS閉式解法。在文獻RSS-based?localization?of?multiple?directional?sources?withunknown?transmit?powers?and?orientations(發送功率和方向未知條件下的基于接收信號強度的多方向源定位)(P.Zuo,T.Peng,K.You,W.Guo,and?W.Wang,IEEE?Access,vol.7,pp.88756-88767,2019.)中，作者提出了三種基于網格搜索(Grid?search)的定位算法，以同時估計發送功率、節點位置和節點方向。在文獻A?Majorization-Minimization?basedTarget?Localization?Problem?from?Range?Measurements(基于優化最小化的測距目標定位問題)(K.Gao,J.Zhu,and?Z.Xu,IEEE?Communications?Letters,2020.)中，Gao等人提出了一種基于優化最小化(Majorization-minimization，MM)的聯合估計源節點發送功率和位置的方法。