[发明专利]一种基于多传感网络的水上搜救定位方法

摘要

本发明公开了一种基于多传感网络的水上搜救定位方法，属于多传感器网络技术领域。本发明包括：传感器节点位置的获取，通过GPS和无线通信实时获取并交换自身位置坐标信息；建立传感器节点受力模型，将传感器节点抽象成势力场中的粒子，分析传感器节点间力的作用控制传感器节点的移动方向和距离；基于改进虚拟力算法的多传感器网络区域覆盖。本发明可以使多传感器网络实现区域的无缝覆盖，并对覆盖区域进行数据收集；光电成像系统利用灰度及温度差异确定搜索目标，利用三边定位算法确定并反馈目标坐标位置信息。

主权项

1.一种基于多传感网络的水上搜救定位方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一 传感器节点位置的获取；传感器节点根据其搭载平台的特点，选取通过GPS方式实时获取其自身定位的位置坐标，并通过无线通信方式与其他节点交换位置信息；步骤二 建立传感器节点受力模型；将传感器节点抽象成势力场中的粒子，某个传感器节点对周围传感器节点有力的作用，根据距离的大小区别为引力和斥力；当两个传感器节点的距离小于距离阈值时，两者之间存在斥力，两者之间距离增大；当两个传感器节点的距离大于距离阈值时，两者之间则表现为引力，二者之间的距离缩短；传感器节点间的受力关系Fij：式中，wA表示引力系数；wR表示斥力系数；dij表示节点之间的欧式距离；dth表示距离阀值；aij是传感器节点的方位角；Rc表示节点的通信半径；若Fij为斥力，则Fxij＝|Fij|(xi‑xj)/dijFyij＝|Fij|(yi‑yj)/dij若Fij为引力，则Fxij＝|Fij|(xj‑xi)/dijFyij＝|Fij|(yj‑yi)/dij两个传感器节点之间的受力关系，Fij为：Fij＝Fxij+Fyij水平方向的虚拟力和为：Fx＝∑Fxij竖直方向的虚拟力和为：Fy＝∑Fyij水平方向与竖直方向合力的大小为：式中若Fxij，Fyij为负数，表明水平方向的分力向左，竖直方向的分力向下；根据以上分析得到无线传感器节点的受力详细情况，根据传感器节点的受力情况决定传感器节点受到虚拟力时移动的方向和距离：式中，(xi yi)为传感器节点初始的位置；(xi',yi')为移动后的位置；Fth为虚拟力分力的阈值，当受到的虚拟力的分力小于该值时，在该分力方向上传感器节点不移动；step为传感器节点移动的最大距离；步骤三 基于改进虚拟力算法的多传感器网络区域覆盖；改进虚拟力算法：为减少虚拟力算法迭代次数，在传感器节点的受力模型上添加与距离相关的系数；节点在距离较近时，虚拟力足够大，使其快速扩散；节点间距离趋于距离阈值时，虚拟力足够小，使节点易于达到平衡；改进的节点间的虚拟力方程为：式中，d(si,sj)是节点i与节点j之间的欧几里德距离；U1为处于节点i通信范围内的节点的集合；步骤四 定位未知位置目标；光电成像搜索系统利用灰度及温度的差异来搜索确定搜寻目标；确定目标后，已知自身位置坐标的传感器节点，通过三边定位算法，对未知位置目标进行定位；目标位置根据以下方程求解：式中，(x,y)为目标位置坐标；(x1,y2)、(x2,y2)、(x3,y3)分别为三个已知节点的坐标；d1、d2、d3分别为目标与三个节点间的距离。