[發明專利]一種基于信息共享哈里斯鷹優化的超寬帶定位方法

有效

• 申請號: 202110591874.9
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113326912B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 萬新旺;張海成;董帥;李逸瑋;王鶴
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 張玉紅

本發明涉及一種基于信息共享哈里斯鷹優化的超寬帶定位方法，其步驟為：步驟1：采用雙邊雙向測距方法測距；步驟2：初始化種群；步驟3：計算適應度，貪婪機制選擇最優個體；步驟4：信息共享更新；步驟5：正余弦擾動項逃逸能量計算方法計算逃逸能量，并判斷|E|1，如果成立執行步驟6，否則執行步驟7；步驟6：搜索階段進行搜索更新，然后執行步驟8；步驟7：開發階段，進行開發更新；步驟8：計算適應度，貪婪機制選擇最優個體更新獵物位置。本發明在現有哈里斯鷹優化超寬帶定位方法基礎上進行改進，該方法引入信息共享機制增加種群多樣性，并改善了逃逸能量的計算方法平衡搜索和開發階段，有效地提高了節點定位精度。

技術領域

本發明涉及無線定位技術領域，具體是涉及一種基于信息共享哈里斯鷹優化的超寬帶定位方法。

背景技術

超寬帶技術(Ultra Wide Band,UWB)出現于20世紀60年代，當時由于其低功率、隱蔽性好主要用于軍事領域，隨著無線網絡的發展對傳輸速率的要求越來越高，超寬帶技術得到了迅猛的發展，不斷應用于民事領域，尤其是無線網絡的定位。

在定位中定位方法是十分重要的，節點定位方法是根據已知位置信息的參考節點，通過與其他節點間的通信估算未知節點的位置，現有的定位方法大致可分為兩類：基于測距(range-based)和基于非測距(range-free)。基于測距定位算法通過測量節點間實際距離進行定位，定位精度比較高，如：RSSI(Received Signal Strength Indicator)、TOA(Time of Arrival)、AOA(Angle of Arrival) 等；而基于非測距定位方法則根據網絡連通度及關聯性等信息間接得到距離信息，定位精度相對較差但是成本比較低，如:Centroid、APIT(Approximate point in triangulation)、DV-Hop(Distance Vector-Hop)等。

由于超寬帶信號時間分辨率高，定位精度高，適用于基于時間的定位方法，基于時間的算法是一種典型的基于測距的定位方法，其基本思想是將未知節點到參考節點的距離表示信號傳播時間乘以光速，在理想情況下基于時間的算法定位精度很高，但是實際環境錯綜復雜，信號傳播過程中的延遲和非視距誤差會對定位造成很大的影響，導致定位結果不準確。

在實際應用中，超寬帶定位多被應用在復雜的室內環境下，監測區域通常具有墻體、桌子、門等影響無線信號傳輸的障礙物，超寬帶信號受到障礙物的阻擋會使得測距時間過長從而對節點間距離造成誤差，這種誤差對傳統定位算法定位精度造成了很大影響，目前有許多科研工作者利用粒子群等智能優化算法提高定位精度。哈里斯鷹優化算法(Harris Hawks optimization,HHO)是Heidari 等人在2019年受哈里斯鷹的生活習性啟發提出的一種新型的仿生物智能優化算法，該算法發表在Future generation computersystems期刊一篇題為Harris hawks optimization:Algorithm and applications的文章中，算法采用無梯度搜索，具有較強的全局搜索能力，同時需要調節的參數少已經應用于多個領域，但是在定位領域的應用中傳統的哈里斯鷹算法還存在一定的局限性，算法并沒有完全模擬到哈里斯鷹的特點，在搜索階段哈里斯鷹棲息在樹上通過兩種策略找到獵物，這兩種探索策略雖然提高了種群的多樣性，但是并沒有充分利用哈里斯鷹之間的信息共享能力，算法搜索能力不高，容易陷入局部最優解，同時算法在迭代后期只能進入開發階段，降低了算法的搜索能力和收斂速度，導致算法的定位精度受限。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種基于信息共享哈里斯鷹優化的超寬帶定位方法，在哈里斯鷹優化算法的基礎上進行改進，采用改進種群進行初始化提高算法收斂速度，并引入信息共享更新方式，增加種群多樣性，避免陷入局部最優解，最后采用正余弦擾動項的逃逸能量計算法方法平衡搜索階段與開發階段，最終有效地提高了節點定位精度。

本發明所述的一種基于信息共享哈里斯鷹優化的超寬帶定位方法，其步驟為：