[发明专利]一种三维传感器节点定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种三维传感器节点定位方法及系统。该方法包括：计算所有节点之间的距离，所述节点包括锚节点和未知节点；通过聚类算法排除大于误差阈值的锚节点，得到距离准确的锚节点；根据所述距离准确的锚节点，选取预设个数的初始锚节点；根据所述初始锚节点，通过质心迭代法，定位各所述未知节点。通过本方法或系统，能够避免维度增加对测距估计的粗大误差，进一步提高定位精度。

技术领域

本发明涉及系统工程技术领域，特别是涉及一种三维传感器节点定位方法及系统。

背景技术

无线传感器网络是一种特殊的无线自组织网络，它由大量的随机分布的传感器节点、汇聚节点、Intemet网络及用户管理中心组成，传感器节点包括搭载定位设备并可获取自身位置的锚节点以及未知自身位置并需要设计方法获取位置的未知节点，考虑到定位大规模传感器网络中定位设备的成本限制，研究如何利用锚节点及未知节点间的通讯信息实现未知节点定位是本发明的关键技术。

目前，传感器网络定位技术集中于二维平面定位方法，主要包括基于测距(Range-based)的定位和无需测距(Range-free)的定位方法，基于测距的定位方法有AOA、TOA、TDOA等，这些方法依赖于信号传播速度、发射源和接收源的角度实现节点间的距离估计，基于测距的定位方法对于硬件需求较高，对于大规模、复杂环境下无线传感器网络的硬件成本相对较高，因此并不具有适用性。无需测距的定位方法有DV-HOP、质心方法、APIT方法、凸规划方法等，此类方法相对于测距方法精度较低但是对硬件需求也远低于测距方法，传感器节点无需搭载定位相关的设备，因此适用于大规模复杂网络对节点成本的限制。二维传感器节点定位技术已经相对成熟，在多个领域得到广泛应用，然而复杂环境下的传感器网络往往随机部署在各类地形中，如高山、水下、空中等，由于坡度、深度、海拔等纵向高度的影响，二维平面式的WSNs定位已经远远不能满足感知信息对未知的需求，因此三维传感器网络定位技术应运而生。

相对二维WSNs定位技术，三维定位技术的研究较少，现有的三维定位技术主要从以下几个方向进行拓展，一方面在已有二维定位技术如DV-HOP、APIT等方法进行延伸，增加维度测量从而减少误差；另外一方面依赖于测距方法，搭载设备准确获知节点间的距离，从而提高定位精度；此外一部分三维定位技术集中于移动锚节点的研究，利用路径规划方法推理未知节点位置。然而基于成本的限制，以上方法均不适用于复杂环境下大规模传感器的定位策略，因此寻求高精度、低成本、低计算复杂度的大规模三维节点定位技术具有十分重要的实际意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种三维传感器节点定位方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种三维传感器节点定位方法，所述方法包括：

计算所有节点之间的距离，所述节点包括锚节点和未知节点；

根据所述距离，通过聚类算法排除大于误差阈值的锚节点，得到距离准确的锚节点；

根据所述距离准确的锚节点，选取预设个数的初始锚节点；

根据所述初始锚节点，通过质心迭代法，定位各所述未知节点。

可选的，所述计算所有节点之间的距离，具体包括：

采用信号强度分析法计算相邻节点之间的距离；

采用跳距之和的方法计算通讯范围外的多跳节点的距离。

可选的，所述根据所述距离，通过聚类算法排除大于误差阈值的锚节点，得到距离准确的锚节点，具体包括：

根据所述距离，利用排列组合将所有锚节点划分为多组，每组包括4个锚节点；

采用最小二乘法对每组进行定位，得到多个定位结果；