[发明专利]基于ToA-AoA混合测量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ToA‑AoA混合测量的无线传感器网络目标定位方法，其获取锚节点对应的ToA测量值的测量模型和AoA测量值的测量模型；然后分别对锚节点对应的ToA测量值的测量模型和AoA测量值的测量模型做近似变形；接着运用极化恒等式将锚节点对应的AoA测量值的测量模型的近似变形表达式转化为范数表达式；之后根据锚节点对应的ToA测量值的测量模型的近似变形表达式和AoA测量值的测量模型的范数表达式的等价式及权值，得到非凸定位问题；再通过引入松弛变量和辅助变量得到非凸约束优化问题，采用二阶锥松弛方法得到二阶锥规划问题；最后采用内点法求解二阶锥规划问题即可；优点是其充分利用了到达时间和到达角度两种测量信息，且定位精度高。

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ToA-AoA混合测量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。

早期的目标定位方法主要是基于单独定位方式的，虽然这类方法简单，但是当噪声方差较大的时候，定位精度较低且在同等定位精度情况下需要更多的锚节点个数。为了避免这类方法带来的资源浪费，近几年来，基于联合的目标定位方法得到了广泛的研究，吸取了各种单独定位方法的优点，对各种单独定位方法取长补短，所以也是目前研究的热点，有着十分光明的前景。基于联合的目标定位方法通过利用组合测量信息，得到更多可用的有用信息，这样虽然增加了无线传感器网络的实施成本，但是却能很大程度的提高定位精度和性能。如：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)中公开的3-D Target Localization inWireless Sensor Network Using RSS and AoA Measurements(无线传感器网络中基于RSS和AoA测量的三维目标定位)，其直接采用了到达角度模型的近似表达，然后应用广义可行域子区间方法来实现定位，然而，通过实验发现这种方法定位的精度还不够理想，有待改善。又如：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)中公开的A closed-form Solution for RSS/AoA TargetLocalization by Spherical Coordinates Conversion(基于球坐标变换的RSS/AoA目标定位的一个闭式解)，其通过球坐标变换将范数转换为向量形式，再利用加权最小二乘方法来实现定位，然而，通过实验发现这种方法定位的精度还不够理想，有待改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于ToA-AoA混合测量的无线传感器网络目标定位方法，其充分利用了到达时间和到达角度两种测量信息，且定位精度高。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于ToA-AoA混合测量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：