[发明专利]一种海上搜救无线传感网协同定位方法

权利要求书

1.一种海上搜救无线传感网协同定位方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、建立拉格朗日模型作为节点的海上运动模型；

S2、将基于隐形马尔可夫链描述的未知节点状态模型结合节点的海上运动模型与观测模型得到协同定位的未知节点的系统模型；

运用粒子滤波算法来估计后验概率分布，并利用估计得到的后验概率分布对未知节点的位置进行估计；

S3、利用KL离散度对粒子滤波算法中的似然函数进行改进，通过优化参数方式来减小海浪遮蔽因子引起的误差；

S4、引入优化参数的似然函数，利用残差-系统重采样方式来更新置信因子和迭代的估计位置进而减轻粒子的退化并对未知节点位置进行估计。

2.如权利要求1所述的海上搜救无线传感网协同定位方法，其特征在于，所述的步骤S2中：

利用估计得到的后验概率分布采取残差-系统重采样方式来对未知节点的置信信息及位置进行估计。

3.如权利要求1所述的海上搜救无线传感网协同定位方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包含：

采用海上漂浮物运动模型拉格朗日轨迹移动模型对海上节点的运动进行描述。

4.如权利要求3所述的海上搜救无线传感网协同定位方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包含：

S21、将未知节点用基于隐形马尔可夫链描述的状态模型表示：

x^(t)＝f(x^(t-1),u^(t-1)) (6)；

式中，f()表示状态转移函数，x^t-1代表上一时刻未知节点的位置信息，u^(t-1)表示均值为零方差为Q的高斯状态转移噪声；

S22、将未知节点的状态模型结合节点的海上运动模型，得到：

式中，x^(t-1)与x^(t)分别表示未知节点上一时刻与此刻的位置，Δt表示上一时刻与此时刻的差值；A表示状态状态转移矩阵B表示噪声矩阵Q表示噪声的方差；表示状态转移噪声；v_a和v_d表示平移速度和扩散速度；

将信号强度指示值作为节点测距的模型：

其中表示在t时刻未知节点n收到的信号强度指示值，power表示节点的发射功率，PL(1)表示参考距离为1m时的信号强度损失值，k表示路径损耗指数，依赖于周围环境，表示路径损失随距离增加而增大的快慢，d表示两节点间的距离；

假设在t时刻，对于收到锚节点s∈S的RSSI值，它们间的距离可表示为：

同样地，对于收到未知节点m∈N,m≠n的RSSI值，它们间的距离可表示为：

式中，ξ^(t)与ψ^(t)分别表示未知节点与锚节点间通信的噪声以及未知节点间通信的噪声，它们是均值为零的高斯白噪声；||·||表示欧式几何距离；表示未知节点n与锚节点s在t时刻之间的距离；表示未知节点n与未知节点m在t时刻之间的距离；表示锚节点s在t时刻的位置；表示未知节点m在t时刻的位置，其中m≠n；

由于实际过程中发射功率是固定的，参考距离损失的能量是已知的，而环境带来的路径损耗指数也是已知，故通过式(2)计算锚节点与未知节点间，未知节点与未知节点间的距离；

S23、由此，协同定位的未知节点的观测模型可表示为：

z^(t)＝h(x^(t),ε^(t)) (8)；

式中，h()表示测量函数，可表示为式(8)，通过它来测出两个节点间的距离；ε^(t)表示均值为零方差为R的高斯测量噪声；z^(t)表示在t时刻所有节点间观测值矩阵；x^(t)表示未知节点在t时刻的位置；

S24、对于协同定位来说，t时刻的未知节点可收到两种类型的观测值，一种是对锚节点的观测值，另一种是对未知节点的观测值，因此，得到：

式中，表示未知节点n∈N与锚节点s∈S之间的的观测值，表示未知节点n∈N与未知节点m∈N间的观测值，β^(t)与w^(t)分别表示与相对应的测量噪声；表示对于未知节点n在t时刻相对于锚节点s的观测函数；表示对于未知节点n在t时刻相对于其他未知节点m的观测函数；

S25、通过粒子滤波算法估计后验概率分布：

式中，表示t时刻的第n个未知节点的第i个粒子的权值，表示t时刻的第n个未知节点的位置的第i个粒子，M表示粒子的总数；表示未知节点n在初始时刻1到t时刻与其他未知节点的观测值矩阵；表示未知节点n在初始时刻1到t时刻与锚节点的观测值矩阵；

S26、利用后验概率分布为样本对未知节点的位置进行估计：

式中，表示t时刻的第n个未知节点的第i个粒子的权值，表示t时刻的第n个未知节点的位置的第i个粒子，M表示粒子的总数。