[发明专利]非视距环境中未知起始时间的基于到达时间的定位方法

说明书

本发明公开了一种非视距环境中未知起始时间的基于到达时间的定位方法，其先建立目标源与每个传感器之间的信号传输距离的模型；然后根据模型得到测量噪声的描述；接着根据测量噪声的描述，并采用最坏情况下的鲁棒加权最小二乘方法，得到在未知信号发射起始时间和存在非视距误差的环境中的定位问题，再转变为非凸的定位问题；之后通过引入辅助变量，并采用二阶锥松弛方法，得到二阶锥规划问题；最后利用内点法对二阶锥规划问题进行求解，得到目标源在参考坐标系中的坐标位置的最终估计值；优点是能够同时解决存在的未知信号发射起始时间和非视距误差的存在问题，从而能够提高定位精度。

技术领域

本发明涉及一种目标定位方法，尤其是涉及一种非视距环境中未知起始时间的基于到达时间的定位方法。

背景技术

近些年，无线传感器网络定位技术在诸多领域得到了广泛的应用，可以便捷快速地实现定位导航、环境监测、智能家居、工业控制等。随着技术的发展与社会的进步，高精度的定位技术在各个领域展现出了广泛的应用前景。因此，对无线传感器网络中高精度的目标定位方法的研究十分有必要。

目前，实现目标定位的基本方法有很多。使用最为广泛的是基于到达时间(Timeof Arrival)的时间测量方法，基本的网络结构如图1所示。该方法的优点是时间测量系统的复杂度低，可实现高精度的目标定位。因此，大多数目标定位方法的研究都是基于到达时间测量进行的。

目标的精确定位是目标定位方法设计的关键。然而，现实的无线传感器网络中会存在很多影响定位精度的因素，主要的问题有无线传感器网络的时钟非同步问题和非视距误差问题，如图1中所示。所谓的时钟非同步问题主要是指未知目标发射信号的准确的起始时间，造成信号在目标和传感器之间的传输时间测量不准确，使测量距离与真实距离产生偏差，进而影响定位精度。所谓的非视距误差是指信号的传输在目标与传感器之间受阻挡而产生传播时延，使测量时间变长，产生较大的距离测量误差，使定位精度降低。事实上，如果不能有效的处理未知信号发射起始时间和非视距误差的存在问题，则定位精度将不会得到有效的大幅度提升。

为了解决基于到达时间的定位方法中同时存在的未知信号发射起始时间和非视距误差的存在问题，需要设计一种方法联合消除时钟非同步和非视距误差对定位精度的不利影响。目前，联合处理两种误差的方法较少，但单独针对未知起始时间和非视距误差的方法的研究已经非常广泛。例如，利用凸松弛技术进行有效的非视距误差处理；利用一些方法联合估计信号发射的未知起始时间和目标位置。然而，在实际应用中，同时未知起始时间和非视距误差的存在是非常普遍的情况，单独的误差处理将很难应用到实际生活中，因此，多误差的联合处理将是一个必然的趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于到达时间的定位方法，其能够同时解决存在的未知信号发射起始时间和非视距误差的存在问题，从而能够提高定位精度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种非视距环境中未知起始时间的基于到达时间的定位方法，其特征在于包括以下步骤：

①在无线传感器网络中建立一个平面坐标系或空间坐标系作为参考坐标系；设定无线传感器网络中存在一个用于发射测量信号的目标源和N个用于接收测量信号的传感器，且设定N个传感器的时钟同步，而目标源的时钟与传感器的时钟不同步；将N个传感器在参考坐标系中的坐标位置对应记为s₁,…,s_N，将目标源在参考坐标系中的坐标位置记为x；其中，N≥3，s₁表示第1个传感器在参考坐标系中的坐标位置，s_N表示第N个传感器在参考坐标系中的坐标位置；

②计算目标源与每个传感器之间的信号传输距离，将目标源与第i个传感器之间的信号传输距离记为d_i，d_i＝c×t_i，其中，1≤i≤N，c表示光速，t_i表示测量信号从目标源发出到第i个传感器接收所经历的时间；