[发明专利]一种基于距离测量的静止刚体定位方法

说明书

本发明公开了一种基于距离测量的静止刚体定位方法，其先确定刚体定位问题的约束最小二乘表述形式，其包含有待估计的旋转矩阵和位置矢量；然后通过改变约束条件，得到刚体定位问题的约束最小二乘表述形式的转化形式，进而得到刚体定位问题的半正定规划形式；再对刚体定位问题的半正定规划形式进行求解，得到旋转矩阵和位置矢量各自的初步值；最后对旋转矩阵的初步值进行正交化，将正交化后的值作为旋转矩阵的估计值，且直接将位置矢量的初步值作为其估计值；优点是其在无线传感器网络中锚节点分布比较差或无线传感器网络中噪声比较大的情况下，也能对刚体的旋转和位置进行精确估计，且计算复杂度低。

技术领域

本发明涉及一种目标定位方法，尤其是涉及一种无线传感器网络中基于距离测量的静止刚体定位方法，其定位内容为估计刚体的旋转和位置。

背景技术

近些年来，无线传感器技术的快速发展使得无线传感器网络(WSN)在与定位导航、安防监控相关的不同领域得到了广泛应用。在很多实际应用中，精确估计刚体(即有固定形状的物体)的旋转和位置是非常重要的，如机器人、航天飞船、水下交通工具等等。因此，对无线传感器网络中刚体的定位方法的研究十分有必要。

目前，对于无线传感器网络中刚体的定位方法，使用较多的是基于距离测量的方法，其优点是测量系统复杂度低，可实现高精度的定位结果。然而，在无线传感器网络中锚节点分布比较差或无线传感器网络中噪声比较大的情况下，现有的基于距离测量的方法的定位精度会明显下降；而现有的定位精度较高的定位方法，其计算复杂度比较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于距离测量的静止刚体定位方法，其在无线传感器网络中锚节点分布比较差或无线传感器网络中噪声比较大的情况下，也能对刚体的旋转和位置进行精确估计，且计算复杂度低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于距离测量的静止刚体定位方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：设定无线传感器网络中存在M个用于接收测量信号的锚节点和一个刚体，并设定刚体的内部放置有N个用于发射测量信号的未知节点；在无线传感器网络中建立一个空间坐标系作为全局参考坐标系，并在刚体的内部设置一个空间坐标系作为局部参考坐标系；将M个锚节点在全局参考坐标系中的坐标位置对应记为a₁,...,a_m,...,a_M，将刚体运动前N个未知节点在局部参考坐标系中的坐标位置对应记为c₁,...,c_i,...,c_N；其中，M和N均为正整数，M≥4，N≥3，a₁表示第1个锚节点在全局参考坐标系中的坐标位置，m为正整数，1≤m≤M，a_m表示第m个锚节点在全局参考坐标系中的坐标位置，a_M表示第M个锚节点在全局参考坐标系中的坐标位置，c₁表示刚体运动前第1个未知节点在局部参考坐标系中的坐标位置，i为正整数，1≤i≤N，c_i表示刚体运动前第i个未知节点在局部参考坐标系中的坐标位置，c_N表示刚体运动前第N个未知节点在局部参考坐标系中的坐标位置；

步骤二：使刚体运动，将刚体运动后N个未知节点在全局参考坐标系中的坐标位置对应记为s₁,...,s_i,...,s_N；然后获取每个未知节点到各个锚节点的测量距离，将第i个未知节点到第m个锚节点的测量距离记为r_mi；其中，s₁表示刚体运动后第1个未知节点在全局参考坐标系中的坐标位置，s_i表示刚体运动后第i个未知节点在全局参考坐标系中的坐标位置，s_N表示刚体运动后第N个未知节点在全局参考坐标系中的坐标位置；