[发明专利]基于非视距环境下RSS-ToA的无线传感器网络目标定位方法

说明书

本发明公开了一种基于非视距环境下RSS‑ToA的无线传感器网络目标定位方法，其先构建锚节点对应的RSS测量值的测量模型和ToA测量值的测量模型；对两个测量模型进行简化后再进行近似变形；根据RSS测量值的简化测量模型的近似变形表达式和ToA测量值的简化测量模型的近似变形表达式，并采用最小二乘准则，得到非凸定位问题；通过引入松弛变量和辅助变量，将非凸定位问题转化为非凸约束优化问题；采用二阶锥松弛方法，得到二阶锥规划问题；采用内点法对二阶锥规划问题进行求解，得到目标节点在参考坐标系中的坐标位置的最终估计值；优点是其充分利用了接收信号强度和到达时间两种测量信息，且能求得全局最优解，大大提高了目标定位精度。

技术领域

本发明涉及一种目标定位方法，尤其是涉及一种基于非视距环境下RSS-ToA的无线传感器网络目标定位方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是指由多个传感器设备组成的无线通信网络，其被分配到一个被监控区域，用来测量某些局部感兴趣的信息。近年来，无线传感器网络在目标跟踪、导航、应急服务、智能交通等领域都得到了广泛的应用。在这些应用中，对目标位置定位至关重要，而有些特殊空间如室内、水下等，无法用GPS/北斗等卫星定位，需要无线传感器网络对目标定位。在无线传感器网络中，通常，通过人工或者其它手段部署位置已知的传感器节点，这些位置已知的传感器节点称为锚节点，预先不知道自身位置，需要通过锚节点来定位的传感器节点称为目标节点。利用无线传感器网络进行目标定位的主要思想是利用带有噪声的测量值来确定目标节点的位置。根据锚节点获取信号信息的方式不同，可以将无线传感器网络目标定位方法分为：到达时间(ToA)、到达角度(AoA)、到达时间差(TDOA)、接收信号强度(RSS)以及它们之间的联合方式。

早期的研究主要是基于视距条件下的目标定位方法，这类方法只考虑了目标节点和锚节点之间是直线通信，没有任何阻碍物，但是在实际环境下，比如在室内，锚节点与目标节点之间的通信往往会受到很多阻碍物的遮挡，这就会形成一种非视距(NLOS)传播方式，从而导致对目标节点的位置的估计存在较大的误差。非视距误差作为无线传感器网络目标定位时最主要的误差来源之一，研究如何有效地抑制非视距误差并提高定位精度已经成为了无线传感器网络目标定位技术的热点问题。Slavisa Tomic等人在IEEE WirelessCommunications Letters(电气和电子工程师协会(IEEE)无线通信快报)中公开了Targetlocalization in NLOS environments using RSS and TOA measurements(非视距环境下基于RSS和ToA联合定位问题研究)，其将所有链路视为视距的(LOS)，然后应用交替优化方法，并以迭代的方式改进位置估计和平均非视距误差估计，但是该方法很难求得全局最优解，导致目标定位精度较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于非视距环境下RSS-ToA的无线传感器网络目标定位方法，其充分利用了接收信号强度和到达时间两种测量信息，且能够求得全局最优解，从而大大提高了目标定位精度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于非视距环境下RSS-ToA的无线传感器网络目标定位方法，其特征在于包括以下步骤：