[发明专利]一种移动节点辅助下的目标定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种目标定位方法，尤其是一种适用于对野生动物追踪、应急救援、危险人物跟踪与识别、人员管理等方面的移动节点辅助下的目标定位方法。属于无线通信与信息处理领域。

背景技术

目标定位在野生动物追踪、应急救援、危险人物跟踪与识别、人员管理等方面具有广阔的应用前景。

从是否需要测距来看，目标定位可以分为测距与非测距两大类。在测距的定位方法中，基于RSSI的方法没有考虑信道衰落，测距精度不高；而基于到达时间的方法又要求很高的同步精度，于是有人提出了到达时间差的方法，但是它的成本高、需要视距传输；也可利用超宽带的方法测距，但是价格高昂；而测角的方法需要通过天线阵列来测量到达角度，在使用上会遇到传感器体积、成本和精度等方面的问题。

从是否需要集中式处理来看，可以将目标定位分为集中式定位与分布式定位两大类。集中式定位算法中需要有中心节点，它接收普通节点发送来的信息，用以计算未知节点的坐标，因此需要中心节点的能源保障。而分布式定位系统不需要中心控制节点，它通过未知节点之间的相互协作计算出位置信息，不同节点的能耗分布比较均匀。

移动节点辅助的定位方法是一种分布式定位方法，它需要一个移动信标节点按照事先设定的路径在监控区域漫游，在移动过程中周期性的向未知节点发送信号告知自己的位置，未知节点据此计算自己的位置。这种方法不需要在网络中部署大量的信标节点，成本较低；移动节点可以按照规划的路径移动或者自主选择路线，使用灵活。但是，这种方法要求移动信标的避障能力强、计算简单。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种方法简单、使用灵活、成本低的移动节点辅助下的目标定位方法，以解决复杂环境中移动信标避障前进下，如何为未知节点定位的问题。

技术方案：本发明的移动节点辅助下的目标定位方法通过移动节点在定位场景中避障前进，期间周期性的发送自身坐标，形成虚拟信标；未知节点收到虚拟信标的坐标之后，持续保存处于自己通信范围内的虚拟信标；而后，利用虚拟投影的方法求得虚拟投影信标的位置；求过垂足的两条垂线的交点，作为未知节点的坐标位置；具体步骤如下：

(1)移动节点在现场避障前进，在前进过程中周期性的发送自身坐标，形成虚拟信标；

(2)未知节点接收到虚拟信标后保存处于自己通信范围内的虚拟信标；

(3)利用任意路径虚拟投影法对虚拟信标进行虚拟投影，得到虚拟投影信标，求解虚拟投影信标的坐标值；

(4)利用扩展定向天线定位法，求解垂足并引垂线，求两条垂线的交点，作为未知节点的坐标位置，实现移动节点辅助下的目标定位。

所述的扩展定向天线定位法步骤如下：

a.从多次进入未知节点所形成的虚拟投影信标中任取两次：如果是直线进入，为虚拟信标；如果是曲线进入，则为虚拟投影信标；

b.求解每一次进入的垂足：如果虚拟投影信标的个数为奇数，以最中间的虚拟投影信标为垂足引一条垂线；如果虚拟投影信标的个数为偶数，则取最中间两个虚拟投影信标的坐标的平均值为垂足引一条垂线；

c.求解两条垂线的交点，实现扩展定向天线的定位。

所述的任意路径虚拟投影法步骤如下：

a.将第一个虚拟信标和最后一个虚拟信标作为端点，画一条直线段作为移动信标的虚拟移动路径；式中：j代表移动信标第j次进入未知节点的通信范围，表示移动信标第j次进入未知节点通信范围后留下的第一个虚拟信标，为其坐标值，N_B表示移动信标在未知节点通信范围内留下的全部虚拟信标数目；是移动信标第j次进入未知节点通信范围留下的最后一个虚拟信标，为其坐标值。

b.除第一个虚拟信标和最后一个虚拟信标外，过虚拟信标各画一条与x轴平行的辅助线，使这些辅助线与虚拟移动路径形成一系列交点，称为虚拟信标在虚拟移动路径上的虚拟投影信标，用虚拟投影信标表示；第一个虚拟投影信标和最后一个虚拟投影信标视为分别与虚拟信标重合；

c.确定虚拟投影信标B_pi的坐标值，当直线段的斜率时，坐标值由下式得出：