[发明专利]无线定位系统中最佳基站布设方法

说明书

本发明公开了无线定位系统中最佳基站布设方法，该方法根据无线传感器网络基站布设最优化求解的实际问题，提出用TFBCSS法和网格搜索法求解最优化模型，从而保证基站布设最优结果的有效性，可靠性。由于不同轨迹段对精度的要求不同，将基站布设问题转化为字典分层规划(LSP)模型，根据定位系统要求或根据基站布设中信号覆盖问题可得基站布设问题的可行域。用平均几何精度因子(GDOP)作为LSP模型的评价标准，运用宽容完全分层序列法(TFBCSS)和网格搜索法求出最优解，从而得出可能的最佳基站布设。LSP模型的应用，使得本发明适用于更多的应用场景，诸如不同轨迹段有不同精度要求这样的场景。从仿真结果可知，在给定轨迹情况下，本方法比已有方法有更好的基站布设结果。

技术领域

本发明涉及一种无线定位系统中最佳基站布设方法，属于通信定位技术领域。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是继互联网之后，对人类社会的生产，生活方式产生重大影响的一项重要技术。传感器网络技术是21世纪最具影响的二十一项技术之一，是对未来生活产生深远影响的十大新兴技术。2006年，我国发布的<<国家中长期科学与技术发展规划纲要>>中也将传感器技术列为信息技术的三个前沿方向之一。

作为一项全新的信息获取和处理技术，WSNs在全球范围内获得了广泛的研究与关注。目前WSNs在环境监测，目标跟踪，智能交通，入侵监测等定位相关领域得到了应用。在上述应用中，目标的位置信息对数据获取至关重要。因此，定位功能是WSNs应用中的关键技术之一。由于在功耗和器件复杂性上的限制，无线传感器的测量精度往往不是很高。无线传感器网络上发展的定位技术由于其网络器件本身的性质限制了其应用。因此，在无线传感器网络中定位精度是制约其应用的一个瓶颈性难题，至今未见突破性进展。

我们都知道，无线传感器定位系统的定位性能主要取决于下面几个要素：正确的测量参数估计(如接收时间，接收信号能量，接收角度等)，定位算法选择，目标节点和基站之间的几何关系。也就是说，对于给定的WSNs，定位性能仅仅跟定位方法选择和基站布设有关。因此，新的基站布设算法和技术将会进一步提高传感器网络的定位性能，进一步拓宽其应用领域和范围。

目前国内外的许多专家学者开展了针对定位系统基站布设的算法研究。对于单个的定位点下，B.Yang主要研究了通过最小化克拉美罗界(CRB)来设计基站位置，并且获得了在无限制条件下，基站布设的充分必要条件。对于给定的单个点，均匀角度阵列(uniformangular array UAA)模式是最优的基站布设。随后，他又讨论比较了不同的基站设置方法，如最大化Fisher信息矩阵，最小化CRLB等。对于给定定位区域的条件下，N.Salman给出了在矩形定位区域下，通过最小化CRB均值得到的3,4,5基站下的位置布设结果。A.Bais研究了通过最大化信号收敛区域和最小化定位错误准则下的基站布设问题。F Benbadis比较了在多跳定位系统下，基站均匀分布和基站随机分布下的位置估计结果。针对目标节点是轨迹的情况下，I Sharp以几何淡化因子(GDOP)作为基站布设标准，分析了中短距离室外和室内定位系统下，目标节点在特殊轨迹情况下的基站布设问题。

通过进一步文献资料的阅读，我们发现目前的基站布设研究主要还是以单个点和定位区域为研究背景。对于在节点是轨迹的情况下，基站布设算法研究相当匮乏。因此，本发明研究的重点将放在目标节点在轨迹情形下，WSN中基站如何布设。考虑到随着WSN技术的发展，WSN定位将会有更为广泛的应用领域。比如在目标节点轨迹下，不同的轨迹分段区间可能会对应着不同的定位要求。因此，目标节点在不同的轨迹分段区间会有不同的定位要求。基站布设设计应该对于高定位要求的轨迹分段区间应该有高的权重。因此，在无线传感网定位系统中，根据目标在轨迹分段区间的不同的定位要求，将理论的基站布设方法和解决实际应用问题相结合，获得经济高效的定位服务，仍是一个具有挑战性的课题，但通过基站布设算法研究来提高无线传感器网络的定位性能，进而拓宽传感器网络的应用领域不失为一条可行之路。

发明内容