[发明专利]无线传感器网络中的单目标定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，涉及大规模无线传感器网络中的单运动目标的定位方法，适用于现有的不同应用场景的大规模无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术在目标跟踪、入侵监测及一些定位相关领域有广泛的应用前景。然而,无论是在军事侦察或地理环境监测,还是交通路况监测或医疗卫生中对病人的跟踪等应用场合,很多获取的监测信息需要附带相应的位置信息,否则,这些数据就是不确切的,甚至有时候会失去采集的意义,因此网络中传感器节点自身位置信息的获取是大多数应用的基础。首先,传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置发什么了什么事件”,从而实现对外部目标的定位和跟踪；其次,了解传感器节点的位置分布状况可以对提高网络的路由效率提供帮助,从而实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自动配置,改善整个网络的覆盖质量。因此,必须采取一定的机制或算法来实现无线传感器网络中各节点的定位,无线传感器网络定位技术已经成为一个非常活跃的研究领域。

无线传感器网络的节点定位涉及很多方面的内容,包括定位精度、网络规模、锚节点密度、网络的容错性和鲁棒性以及功耗等,如何平衡各种关系对于无线传感器网络的定位问题非常具有挑战性。可以说无线传感器网络节点自身定位问题在很大程度上决定着其应用前景。因此,研究节点定位问题不仅必要,而且具有很重要的现实意义

无线传感器网络中单目标定位根据是否需要与目标间的距离分为基于距离的定位方法和与距离无关的定位方法，基于距离的定位方法有三边定位方法、最大似然方法等，相比于三边定位方法，最大似然方法的计算复杂度较高。与距离无关的定位方法有质心法、DV-Hop法、Amorphous算法等，其中质心方法计算简单，定位精度受节点分布的影响较大；DV-Hop方法虽然改善了定位精度，但是在网络规模较大时，平均每跳距离误差变大，定位性能变差；Amorphous算法受到网络中节点密度的影响，节点分布密度较大时定位精度较高。基于距离的定位方法中无线传感器节点可以得到与目标间的距离，通过三个节点的位置坐标和与目标间的距离可以计算得到目标的位置坐标。但是在现实情况下,无线信号在传播过程中会遇到反射、多径传播、非视距等环境因素的干扰，超声波在空气传播过程中，温度、湿度、气压等都会影响传播速度，导致探测节点与目标之间的测距信息存在误差，选取不合适的数据组合用于定位计算会影响目标的定位精度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种无线传感器网络中的单目标定位方法，以降低由于测距误差产生的定位误差，提高定位精度。

实现本发明目的的技术方案包括如下步骤：

(1)网络中分布的无线传感器节点获取自己与目标之间的距离:

当网络中没有目标进入时,节点周期的探测网络中是否有目标出现；

当网络中有目标进入时,目标周围的节点探测到目标的出现，并广播各自与目标间的距离信息，选择当前距离目标最近的节点作为根节点，其它节点作为侦测节点；

(2)根节点向网络中的侦测节点广播自己当选为根节点信息，网络中的侦测节点将各自与目标间的距离信息和本身的位置坐标信息发送到当前的根节点；

(3)根节点接收到侦测节点发送的信息后，计算目标的位置坐标：

(3a)根节点接收到所有侦测节点的信息后,以每三个侦测节点的信息为一组数据，每组数据中的三个侦测节点构成三角形，分别计算每个三角形面积S_i，其中i表示第i组数据，i为整数，M表示当前根节点接收到的侦测信息个数，表示数据组的总个数；

(3b)分别计算每组数据中三个节点在以其自身与目标之间的距离为半径、以直角坐标系原点为圆心的三个同心圆上移动时所形成三角形面积的最大值S'_imax；

(3c)计算当前数据S_i与S'_imax的比值,按照S_i与S'_imax比值由大到小排序，选取比值最大的前n组数据，1≤n≤30，n为整数；将每组数据中以三个侦测节点为圆心，并以该三个侦测节点与目标之间的距离为半径做三个圆，这三个圆两两相交，每两个圆的两个交点构成一条直线，通过计算三条直线的交点作为目标定位位置；再将这n组数据分别计算得到的目标位置取质心，得到目标的最终位置；

(4)侦测节点随着目标的移动持续侦测，重复步骤(1)-(3)对目标进行动态定位。