[发明专利]一种室外自适应的被动式目标的定位方法

说明书

本发明一种室外自适应的被动式目标的定位方法，采用聚类思想实现目标的聚类，然后利用RSSI测距模型和加权多边质心算法计算被动式目标的最终位置坐标，降低了被动式多目标定位的误差，仿真结果的平均误差为1.18，多目标的定位结果轨迹和实际位置轨迹趋势基本吻合。可应用于大规模随机散布的野外应用场景，各传感节点并不需要精确的定位，利用信标节点作为参考点实现目标生物的定位。各传感节点在初始化阶段会自适应地建立无线传感网中各个节点的相对位置坐标，即可满足实际应用需求，并且实现要求的硬件成本低本、定位过程的通信开销小、功耗低。

技术领域

本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种室外自适应的被动式目标的定位方法。

背景技术

无线传感网络作为物联网时代下的核心技术，被广泛运用于军事、安防、环境监测、搜索救援、目标追踪等短距离无线组网的各种应用场景。基于各传感节点和环境的交互场景，节点通常随机散布在一定的监测区域内，因此自身的定位是大多数应用场景下的基础和前提。

目前，目标定位技术主要分为主动式目标定位和被动式目标定位两类，其本质区别在于目标是否携带设备参与无线信号的接收或发送。主动式定位技术通常要求定位目标携带信号收发设备，通过信号的衰减或相位的变化来实现定位；被动式定位则不要求目标携带任何数据收发设备，这给被动式定位可行性研究与定位精度提升带来极大困难。

而从定位算法上，也可以分为基于测距和基于非测距的两大类。基于测距的定位通过测量节点间点到点的距离或角度信息,并使用三边测量法、三角测量法或最大似然估计法计算节点位置。常用的测距技术有RSSI、TOA、TDOA和AOA。基于RSSI模型的测距技术中，无线传感网通过接收到的信号强度值RSSI，获得接收到的数据包信息，计算节点之间的距离，从而确定每个目标节点的位置。无需测距的定位算法中，则不需要距离和角度信息，算法根据网络的连通性等信息来实现节点的定位。上述的定位技术和定位算中，针对多目标的被动式定位则暂时还没有成熟算法。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种室外自适应的被动式目标的定位方法，通过基于RSSI测距模型的节点自定位、凝聚型层次目标聚类以及三边和多边质心算法，实现被动式随机目标的定位。

本发明一种室外自适应的被动式目标的定位方法，包括如下步骤：

步骤1、基于RSSI计算信标节点之间的距离

采用自由空间传播模型和对数-常态分布模型相结合的方式计算信标节点之间的距离，自由空间无线传播损耗模型如下：

()

其中，d为相距信源的距离，f是无线频率，k为路径衰减因子；

对数-常态分布无线传播损耗模型为：

(2)

其中，是经过距离d后的路径损耗，是高斯随机分布变数，取d₀=1m，代入公式（1），求得loss即为的值，根据公式（2）可得出各未知节点与信标节点的信号强度RSSI值为：

（3）

依据公式（1）至（3），根据信标节点收到任意一个节点的信号强度RSSI，即可求得该节点与信标节点之间的距离；

步骤2、参考节点自定位

无线传感网中由无线模块和传感模块构成的各节点统称为参考节点，将参考节点分为中心节点和监测节点，各节点之间的距离通过接收的RSSI计算求得；通过参考节点的自定位，自适应地建立无线传感网中各个节点位置信息，位置信息用平面坐标表示；