[發明專利]面向非視距環境下無線信號傳輸參數估計的目標定位方法

在審

• 申請號: 202210295863.0
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114666896A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 萬鵬武;魏健;王瑾;黃瓊丹;盧光躍;彭康;李文杰;姚媛媛
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18;H04B17/309;H04B17/318;G01S5/04;G06F30/20
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 侯瓊;王品華

1.一種面向非視距環境下無線信號傳輸參數估計的目標定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)提取能時域測量信息：

根據非視距環境下的無線傳感器網絡目標定位模型，傳感器接收機通過對信源信號的接收時間記錄，獲得時域測量信息d_i，同時通過記錄接收信號的能量獲得能域測量信息P_i；

(2)初步確定信號源位置坐標：

(2.1)根據時域測量信息d_i，采用加權最小二乘法構建時域內信號源定位的最小化函數：

其中，s表示信號源在三維坐標系中的位置坐標，記為[x,y,z]^T；a_i表示傳感器節點在三維坐標系中的位置坐標，記為[x_i,y_i,z_i]^T；i＝1,2,...,N表示傳感器節點編號；N為傳感器節點個數，且N為大于等于3的正整數；||·||為歐幾里德范數；表示信號源至N個傳感器節點的時域非視距偏差平均值，α_i表示時域非視距偏差；表示時域加權權重；

(2.2)將時域內信號源定位的最小化函數轉化為廣義信賴域子問題，初始化時域非視距偏差平均值α′，即令α′＝0；用j表示計算信號源位置估計值的實際次數，并令j＝1；

(2.3)采用二分法對廣義信賴域子問題求解得到第j次信號源位置的估計值根據下式求出當前時域非視距偏差平均值

(2.4)判斷定位精度是否達到預期，即是否滿足若滿足，將此時的估計值確定為信號源位置的初步估計結果并直接執行步驟(3)；反之，更新時域非視距偏差平均值，即令并對j加1后返回步驟(2.3)；

(3)多點合作獲取接收信號強度差值信息：

以傳感器節點1為參考節點，將信號源位置初步估計結果代入能域接收信號強度測量信息P_i，其它傳感器節點與參考節點之間的接收信號強度差值信息P_i1表示為：

其中，a₁表示傳感器節點1在三維坐標系中的位置坐標；γ表示傳輸路徑損耗系數；Δl_i1＝l_i-l₁表示測量噪聲差值；Δβ_i1＝β₁-β_i表示非視距偏差差值；

(4)確定傳輸路徑損耗系數：

(4.1)采用加權最小二乘法按下式構建損耗系數的最小化函數：

其中，表示能域加權權重；P′_i1＝P_i1-Δβ，Δβ表示非視距偏差差值的平均值；

(4.2)將損耗系數的最小化函數轉化為加權最小二乘問題，并初始化能域非視距偏差差值的平均值Δβ，即令Δβ＝0；用m表示計算無線信號傳輸路徑損耗系數估計值的實際次數，并令m＝1；

(4.3)采用迭代加權最小二乘法對步驟(4.2)中的問題進行解算，獲取第m次無線信號傳輸路徑損耗系數的估計值再利用損耗系數估計值按下式求出當前能域非視距偏差差值的平均值

(4.4)判斷估計精度是否達到預期，即是否滿足若滿足，將此時的估計值確定為傳輸路徑損耗系數的估計結果并直接執行步驟(5)；反之，更新能域非視距偏差差值的平均值，即令并對m加1后返回步驟(4.3)；

(5)確定無線信號發射功率：

(5.1)將步驟(2)得到的信號源位置的初步估計結果和步驟(4)得到的傳輸路徑損耗系數的估計結果代入能域接收信號強度測量信息P_i中，并將非視距偏差β_i用平均值β'替換，構建無線信號發射功率的最小化函數表達式如下：

其中P′_i＝P_i+β'，

(5.2)初始化能域非視距偏差平均值β'，即令β'＝0；用q表示無線信號發射功率估計值的實際次數，并令q＝1；

(5.3)根據定義的P′_i得到P″_i，對步驟(5.1)中構建的表達式進行計算，得到第q次無線信號發射功率的估計值再利用發射功率估計值按下式求出當前能域非視距偏差平均值

(5.4)判斷估計精度是否達到預期，即是否滿足若滿足，將此時的估計值確定為信號源的無線信號發射功率估計結果并直接執行步驟(6)；反之，更新能域非視距偏差平均值，即令并對q加1后返回步驟(5.3)；

(6)修正能時域測量模型：

將步驟(4)和步驟(5)確定的傳輸路徑損耗系數和無線信號發射功率代入能域接收信號強度測量模型中，時域測量信息中的非視距偏差α_i用其平均值α替換，能域測量信息中的非視距偏差β_i用其平均值β替換，按下式確定修正后的時域到達時間測量信息能域接收信號強度測量信息

其中

(7)確定信號源位置坐標：

(7.1)構建能時域信息融合的信號源定位最小化函數表達式：

(7.2)將能時域信息融合的信號源定位最小化函數轉化為廣義信賴域子問題，初始化能時域非視距偏差平均值α和β，即令α＝0、β＝0；用k表示計算信號源位置估計值的實際次數，并令k＝1；

(7.3)采用二分法對廣義信賴域子問題求解，得到第k次信號源的位置估計值根據下式求出當前能域非視距偏差平均值和時域非視距偏差平均值

(7.4)判斷定位精度是否達到預期，即是否滿足若滿足，將此時的估計值確定為信號源位置的最終估計結果反之，更新能時域非視距偏差平均值，即令并對k加1后返回步驟(7.3)；

(8)輸出信號源位置的最終估計結果