[发明专利]基于RSS和AOA的三维无线传感网络非协作定位方法

说明书

本发明公开了一种基于RSS和AOA的三维无线传感网络非协作定位方法，其建立每个锚节点获得的RSS测量值的测量模型、每个锚节点获得的AOA测量值中的方位角测量值和仰角测量值各自的测量模型；根据三个测量模型各自的近似表达式，并结合最小二乘准则，得到非凸定位问题；通过引入辅助变量和松弛变量，得到非凸定位问题的等价问题；采用二阶锥松弛方法和半正定松弛方法，对非凸定位问题的等价问题中的约束条件进行松弛，得到混合半正定/二阶锥规划问题；采用内点法对混合半正定/二阶锥规划问题进行求解，得到目标源的全局最优解即目标源在参考坐标系中的位置估计值；优点是其利用混合测量值提升定位精度，且定位精度高，并受噪声功率的影响较小。

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RSS和AOA的三维无线传感网络非协作定位方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种分布式传感网络，其一般由大量的传感器组成，这些传感器分布在监察区域，协作地感知、采集、处理和传输无线传感网络覆盖的地理区域内被感知对象的信息。为了保持较低的执行成本，在无线传感网络中只有部分传感器装备有全球定位系统(GPS)，称之为锚节点，剩下的传感器利用锚节点的已知位置，通过使用某种定位方案确定其位置，称之为目标节点，即目标源。在很多实际应用中，传感器所收集的数据只有携带对应的位置信息才是有意义的，因此，传感器的位置估计是无线传感器网络的关键技术之一。目标定位方案通常依赖于距离测量值，通过使用不同的硬件设备，距离测量值可以从不同的发射信号特征中提取，例如到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角度(AOA)、接收信号强度(RSS)。最近，为了进一步提升定位精度，越来越多的目标定位方案开始采用混合测量值，因为从混合测量值中可以提取出更多的信息。Slavisa Tomic等人在IEEE Wireless Communications Letters(电气和电子工程师协会(IEEE)无线通信快报)发表的成果中分别采用RSS以及AOA模型的近似表达式，然后将范数转化为矢量点乘的形式，并通过加权最小二乘的方法得到了定位问题的闭式解表达式，但是实验表明随着混合测量值的噪声功率的增强，该非协作定位方法的定位性能急剧恶化。Slavisa Tomic等人在IEEE Transactions on Vehicular Technology(电气和电子工程师协会(IEEE)车辆技术会刊)发表的成果中将定位问题转化为广义信赖子域问题，并通过二分法进行求解，然而实验表明该非协作定位方法的定位性能还有提升的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于RSS和AOA的三维无线传感网络非协作定位方法，其利用混合测量值提升定位精度，且定位精度高，并受混合测量值的噪声功率的影响较小。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于RSS和AOA的三维无线传感网络非协作定位方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：在三维无线传感网络环境下建立一个空间直角坐标系作为参考坐标系，并设定在三维无线传感网络环境中存在N个锚节点和一个目标源，将第i个锚节点在参考坐标系中的坐标位置记为s_i，将目标源在参考坐标系中的坐标位置记为x，s_i＝(s_i1,s_i2,s_i3)，x＝(x₁,x₂,x₃)；其中，N为正整数，N表示三维无线传感网络环境中的锚节点的总个数，N≥4，i为正整数，1≤i≤N，s_i1、s_i2、s_i3对应表示s_i的第1个坐标分量、第2个坐标分量、第3个坐标分量，x₁、x₂、x₃对应表示x的第1个坐标分量、第2个坐标分量、第3个坐标分量；