[发明专利]非同步无线网络中的目标位置和时钟参数联合估计方法

说明书

本发明公开了一种非同步无线网络中的目标位置和时钟参数联合估计方法，其根据目标源与传感器之间互发测量信号的时间戳，获取原始模型；然后对原始模型进行简化处理，处理后只剩下目标源的时钟漂移未知；接着用线性加权最小二乘估计方法获得时钟漂移的估计值；之后根据简化模型得到关于目标源的位置和时钟偏移的加权最小二乘问题，并松弛得到二阶锥规划问题，是凸问题，用内点法求解得到位置和时钟偏移的初步估计值；最后在加权最小二乘问题中加入正则化项，并松弛成二阶锥规划问题，用内点法求解得到位置和时钟偏移的最终估计值；优点是即使在大噪声环境中，也具有高定位精度。

技术领域

本发明涉及一种目标定位方法，尤其是涉及一种非同步无线网络中的目标位置和时钟参数联合估计方法。

背景技术

随着微机电系统(micro-electro-mechanical system)的快速发展，生产大量低成本、低功耗、多红能的微型传感器已成为可能，因此促进了现代大规模无线传感器网络(Wireless SensorNetworks，WSNs)的建设。因为在环境监测、自然灾害预测、健康医疗、制造业和交通运输等方面的广泛应用，使得无线传感器网络得到了越来越多的关注。

无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术，在目标跟踪、入侵监测及一些定位相关领域有广泛的应用前景。然而，无论是在军事侦察或地理环境监测，还是交通路况监测或医疗卫生中对病人的跟踪等应用场合，很多获取的监测信息需要附带相应的位置信息。然而基于到达时间(TOA)测量值的定位技术需要传感器和未知目标源时钟同步，就是传感器和未知目标源的时钟必须和一个参考时间同步，否则，时钟的瑕疵可能会造成很大的测量误差，使得定位性能变差。

时间同步和定位是无线传感器网络中的两个重要问题，虽然这两个问题有共同之处，但在传统上处理这两个问题时，一般都采取分别处理的方法。时间同步主要从协议设计的角度进行研究，而定位主要从信号处理的角度进行研究。一般在非同步无线传感器网络中，时钟同步一般在定位之前进行，而且成本较高。然而，事实上时间同步和定位有着非常紧密的关系，时间同步的精确性将影响定位的精度，因此，有必要探索建立一个时钟参数和目标位置的联合估计模型。为了解决非同步无线传感器网络中的目标定位问题，最近，有学者提出了一种约束加权最小二乘(CWLS)的方法去联合估计时钟参数(时钟漂移和时钟偏移)和目标位置。该方法是基于双向信息交换机制(图1给出了传感器与未知目标源之间基于双向信息交换的示意图)，得到时间戳信息，利用这些到达时间信息来估计目标位置和时钟参数。虽然该方法有一个闭式解，复杂度低，但是在大噪声环境中，该方法的定位性能会变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种定位基于往返到达时间的非同步无线网络中的目标位置和时钟参数联合估计方法，其即使在大噪声环境中，也具有高定位精度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种非同步无线网络中的目标位置和时钟参数联合估计方法，其特征在于包括以下步骤：

①在非同步无线网络环境中建立一个二维坐标系或三维坐标系作为参考坐标系，并设定在非同步无线网络环境中存在一个未知目标源和N个位置已知的传感器，且未知目标源在参考坐标系中的坐标为x，N个传感器在参考坐标系中的坐标对应为s₁,s₂,...,s_N，其中，N≥k+1，k表示参考坐标系的维数，k＝2或k＝3，即参考坐标系为二维坐标系时k＝2，参考坐标系为三维坐标系时k＝3，s₁表示第1个传感器在参考坐标系中的坐标，s₂表示第2个传感器在参考坐标系中的坐标，s_N表示第N个传感器在参考坐标系中的坐标；