[发明专利]对无线传感器网络移动节点的跟踪定位方法

说明书

技术领域：

本发明属于无线电跟踪定位领域，具体涉及在无线传感器网络(WSN)中，一种不需要锚节点间时间同步的，由锚节点利用移动节点所发送的脉冲定标信号进行自时差测量，并应用信标转发方式实现对移动节点的跟踪定位方法。

背景技术：

无线传感器网络的节点定位在整个传感器网络体系中占有重要的地位。首先，需要位置信息来确定信息来源地；其次，传感器网络的一些系统功能需要位置信息；最后，位置信息还对传感器网络中的服务性的应用有益。

在实际应用中，许多被监测的目标都是实时移动的，而无线传感器往往就被安置在这些目标上。为能实时监测这些目标的运动态势，就需要研究对移动节点的实时定位方法。

对于移动节点的定位测量，就实时性和测量精度而言，基于测距的定位技术还是值得重视和研究的。目前国内外对无线传感器网络的研究多数都局限于所有传感器节点都是静止的情况，现有的基于测距的定位技术，包括接收信号强度(received signal strength indicator，RSSI)、到达时间(time ofarrival，TOA)、到达时间差(time difference on arrival，TDOA)和到达角 度(angle of arrival，AOA)等，或多或少存有某种局限性：RSSI虽然符合低功率、低成本的要求，但有可能产生±50％的测距误差；TOA需要节点间精确的时间同步；TDOA技术受限于过短的超声波传播距离和对通视传播的要求；AOA也受外界环境影响，而且需要额外硬件支持才能实现，在硬件尺寸和功耗上可能无法用于传感器节点。

在现有正在研究的能用于移动节点的定位算法中，基于网络连接的网络定位方法一般仅能应用于静态或慢速移动场合，而针对高速移动节点的自适应方法和预测方法则还存有计算量大，精度提高有限等问题。

发明内容：

本发明的目的在于，提供一种对无线传感器网络移动节点的跟踪定位方法，通过锚节点对定周期发送脉冲信标的移动节点进行跟踪测量，以免除锚节点之间的时间同步，减小通信开销，降低能耗。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种对无线传感器网络移动节点的跟踪定位方法，包括以下步骤：在一个测量定位周期中，近似保持均速直线运动的移动节点以已知的时间间隔发送至少四次的低重频脉冲信标信号，先由一个主锚节点至少能连续四次接收测量到信标信号，并通过自时差测量而得到三个相对于初始测量时刻的自时差关系式，利用余弦定理从由移动节点的运动轨迹和探测波的运动矢径所构成的定位测量三角形中给出二个三角函数方程，联解这五个方程式，确定出所述移动节点和锚节点之间的相对距离和速度。这样，如果只是为了测定移动节点的移动速度及移动节点和锚节点之间的相对距离，那么仅需使用一个锚节点。

进一步地，在确定出所述移动节点和锚节点之间的相对距离和速度后，通过二个辅助锚节点向主锚节点转发所述移动节点最后一次发送的信标信号，由主锚节点做相对时差测量而列出和辅助锚节点数目相同的时差关系式并解析，得到移动节点的坐标位置信息。这样，利用三个锚节点，并采用信标转发技术，则即能实现对移动节点的非同步坐标定位。

进一步地，所述已知的时间间隔为周期T。进一步地，设移动节点S由A向D移动，且每经历一个周期T，在经过位置A、B、C、D处时，发送一个信标信号；锚节点M₁为主锚节点，信标信号经R₁到达M₁的时刻为初始触发时刻，主锚节点M₁依次测量经路径R_i到达的信号时间值，得到三个连续的相对时差测量值；

根据运动路径上的时间关系可列出如下等式：

R₂-R₁+VT＝Δr₂₁                                    (1)

R₃-R₁+2VT＝Δr₃₁                                   (2)

R₄-R₁+3VT＝Δr₄₁                                   (3)