[發明專利]非視距條件下信號傳播損耗未知的水面傳感網定位方法

在審

• 申請號: 202211419052.3
• 申請日: 2022-11-14
• 公開（公告）號: CN115767420A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 梅驍峻;吳華鋒;韓德志;黎夢真;陳信強;鮮江峰
• 申請（專利權）人: 上海海事大學;武漢理工大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W84/18;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 北京盛廣信合知識產權代理有限公司 16117
• 代理人: 劉化帥

1.非視距條件下信號傳播損耗未知的水面傳感網定位方法，其特征在于，包括：

構建非視距條件下距離約束的無線電接收信號強度測距模型，并根據所述測距模型構建聯合估計優化函數；

基于所述優化函數改進二進制斬波法，并聯合估計路徑損耗因子及目標位置；

根據估計得到的所述目標位置，重塑所述優化函數，并對所述目標位置進行再優化，獲取優化后的目標位置,完成非視距條件下的水面傳感網定位。

2.根據權利要求1所述的非視距條件下信號傳播損耗未知的水面傳感網定位方法，其特征在于，構建所述非視距條件下距離約束的無線電接收信號強度測距模型包括：

在待定位海域水面設置錨節點，采集所述錨節點的運動受約束信息；基于所述運動受約束信息結合信號傳播的路徑損耗模型、信號傳播非視距影響因素，構建所述非視距條件下距離約束的無線電接收信號強度測距模型。

3.根據權利要求2所述的非視距條件下信號傳播損耗未知的水面傳感網定位方法，其特征在于，構建所述測距模型為：

其中，表示第i個錨節點在t時刻收到的目標節點的功率；表示目標節點在t時刻的發射功率；PL(d₀)表示參考距離為d₀時的損失值，d₀表示參考距離，通常為1m；α^t表示路徑損耗因子；為第i個錨節點與目標節點間的距離；表示對應的信號衰減噪聲；表示由于水面船只活動導致信號傳播過程中的非視距噪聲。

4.根據權利要求2所述的非視距條件下信號傳播損耗未知的水面傳感網定位方法，其特征在于，所述錨節點的運動受約束信息包括：

在監控海域水面部署N個所述錨節點以及1個目標節點，將所述錨節點在水面上的運動約束在以為半徑的圓內，其中，L為錨鏈長度，Dep為水深；t時刻第i個錨節點的位置為所述目標節點t時刻的位置為其中，T表示轉置。

5.根據權利要求1所述的非視距條件下信號傳播損耗未知的水面傳感網定位方法，其特征在于，構建所述聯合估計優化函數包括：

對所述測距模型進行線性化，構建以路徑損耗因子及目標位置為變量的聯合估計優化函數：

其中，k_i為關于接收信號強度與引入參數v之間的函數表達式，表示為ω_i為對應的權重信息，表示為δ為引入參數與路徑損耗因子間的函數表達式，可表示為δ＝(α^t-υ)/υ；||·||為二階范數。

6.根據權利要求1所述的非視距條件下信號傳播損耗未知的水面傳感網定位方法，其特征在于，改進所述二進制斬波法包括：

基于所述優化函數的約束條件，構造信賴域區間：

ξ＝max{-diag(Γ^TωΓ)/diag(D)，λ}，

其中，ξ表示信賴域區間內的最優數，diag(·)表示對角矩陣，λ為乘子，Γ為由錨節點以及κ_i組成的矩陣，表示為Γ^T為矩陣Γ的轉置；D為由0、1以及單位矩陣I構成的矩陣，表示為

獲得所述信賴域區間內的最優數，求解乘子并代回所述信賴域區間，將原二進制斬波法區間由{1/-diag(Γ^TωΓ),∞}縮小至{-diag(Γ^TωΓ)/diag(D),λ}。

7.根據權利要求1所述的非視距條件下信號傳播損耗未知的水面傳感網定位方法，其特征在于，聯合估計所述路徑損耗因子和目標位置包括：

根據信賴域區間內最優數，估計所述目標位置：

其中，表示目標位置向量，Λ為由錨節點以及κ_i組成的向量，表示為f為對應向量，表示為

根據求得的向量的元素進一步估計路徑損耗因子：