[发明专利]一种无线传感器网络定位方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：

无线传感器网络中分布有多个未知节点和多个信标节点，已知所述信标节点的位置，未知所述未知节点的位置，获取所述信标节点的位置信息；

根据所述信标节点的位置信息获取所述未知节点任意三个邻近信标节点；

判断所述未知节点是否存在所述三个邻近信标节点组成的三角形内部的区域内；

如果是，采用迭代的方法缩小三角形的定位区域来确定所述未知节点的位置；否则，采用通信半径范围外的所述信标节点来缩小定位区域和质心加权的方法确定所述未知节点的位置信息；

其中，所述采用迭代的方法缩小三角形的定位区域来确定所述未知节点的位置具体包括：

所述未知节点P在所述三个邻近信标节点组成的三角形ABC内，所述三个邻近信标节点为A，B，C；

选取所述三角形ABC的最大角度C，过C点作AB的垂线交于F点，求出最小角度A、垂足F以及所述未知节点P组成的角度∠AFP的大小，若∠AFP90°，则未知节点P在△BCF区域；若∠AFP90°，则未知节点P在△ACF区域，未知节点P所在的三角形为未知节点的第一三角形区域；

每一次作所述第一三角形区域的最大角度的垂线都将缩小未知节点P所在的三角形的范围，从而在所述第一三角形区域进行多次迭代，直到未知节点P所在的三角形区域为网格所能查找到的最小定位的区域为止，其中最小定位的区域为利用网格扫描法所能探测到的最小单元格区域；迭代结束；从而获取所述未知节点的定位区域；

所述定位区域的位置为所述未知节点的位置；

所述采用通信半径范围外的所述信标节点来缩小定位区域和质心加权的方法确定所述未知节点的位置信息具体包括：

所述未知节点在所述三个邻近信标节点组成的三角形外；

选取距离所述未知节点最近的三个邻近信标节点；

分别以所述三个邻近信标节点为圆心，以通信半径为半径画圆，获得三个通信圆；

分别作所述三个通信圆的外切正方形，获得三个正方形；

获取三个正方形的重叠区域，所述重叠区域为矩形；

所述矩形的位置范围为所述未知节点的位置范围；

当所述未知节点的通信半径范围内的节点个数无法组成三角形时，采用测距方法确定所述未知节点的可能存在的位置，获得预估位置坐标；

获取m个所述预估位置坐标(x_i,y_i)，其中i的取值为1,2,3，......,m；

分别计算所述预估位置坐标(x_i,y_i)与k个邻近信标节点的距离

其中j的取值为1,2,3，......k，其中，RSSI_j为所述未知节点与所述邻近信标节点之间的距离，d_ij为预估位置和k个邻近信标节点的距离，方差为

方差权重因子为

对所述预估位置进行方差加权后的未知节点坐标

2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络定位方法，其特征在于，所述根据所述信标节点的位置信息获取所述未知节点任意三个邻近信标节点组成的区域具体包括：

计算所述未知节点与多个所述信标节点的距离，获得多个距离值；

将多个所述距离值按照降序排序；

根据距离值对应的所述信标节点在所述未知节点通信半径范围内的为邻近节点。

3.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络定位方法，其特征在于，所述判断所述未知节点是否在所述三个邻近信标节点组成的三角形内部的区域内具体包括：

设所述未知节点P，所述三个邻近信标节点分别为A′、B′、C′；

若所述未知节点P和所述邻近信标节点A′在所述邻近信标节点B′和所述邻近信标节点C′的连线的同一侧，所述未知节点P和所述邻近信标节点B′在所述邻近信标节点A′和所述邻近信标节点C′的连线的同一侧且所述未知节点P和所述邻近信标节点C′在所述邻近信标节点A′和所述邻近信标节点B′的连线的同一侧，则所述未知节点P在所述三个邻近信标节点组成的三角形内，否则，所述未知节点P在所述三个邻近信标节点组成的三角形外。

4.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络定位方法，其特征在于，在确定了所述矩形的位置范围为所述未知节点的位置范围后还包括：

利用边界框方法确定圆的大致区域后，若有效矩形区域过大，则利用所述矩形的质心作为所述未知节点的坐标会带来较大误差；

利用未知节点通信范围外的所述信标节点来提高所述未知节点的定位精度；所述未知节点通信范围内与通信范围外满足如下关系式：

其中，(x,y)为所述未知节点的坐标，(x_i′,y_i′)为通信半径R范围内的信标节点坐标，(x_j,y_j)为所述通信半径R范围外的所述信标节点坐标；

根据所述未知节点通信范围内与通信范围外满足如下关系式引入预设位置来估算所述未知节点所在的小区域；(x′,y′)为预设位置坐标；

所述预设位置与未知节点的通信半径内信标节点个数为S1，预设位置与未知节点的通信半径外信标节点个数为S2，计算总个数S＝S1+S2，求出与所有信标节点的个数N的比值K；

即

由上式可知，K值越大，S值越大；即证明预设位置周围存在所述未知节点的可能性越大；

为了得到更靠近未知节点的预设位置，并且能够降低计算的复杂度；

故将有效矩形采用逐级分割搜索的方法来确定多个预设位置的坐标；

搜索方式如下：

将矩形等分分成四个有效小矩形区域，令四个小区域的中心坐标为初始预设位置；

令当前的搜索级数为n,上一级为n-1，n2；寻找n及n-1级中初始预设位置中K值最大的位置；若n级搜索区中的最大K值小于等于n-1级的最大K值；满足上述条件，则证明n-1级的初始预设位置优于n级搜索区域的预设位置；即n-1级中K值最大的预设位置为最终预设位置，结束搜索；否则，继续逐级搜索区域，直到找到搜索到满足上述条件的位置。