[发明专利]一种用于动态集群网络改进的组合三边定位方法及系统

说明书

本发明属于动态集群网技术领域，公开了一种用于动态集群网络改进的组合三边定位方法及系统，通过锚节点的选择、组合三边定位，确定三边算法的误差传播与积累；通过对候选点集的过滤操作，处理定位过程中存在的部分异常测量数据；求均值作为定位结果。本发明改进的组合三边定位算法，基于三边定位的技术框架，保留了其简单高效的优点，并且节点定位过程中只需要与其一跳邻居节点通信，通信代价小，具有应用于动态网络定位的前提；本发明的算法通过多次组合定位，解决了三边算法运用于实际大规模网络的误差累积问题；同时锚节点选择策略，通过控制参与组合的邻居锚节点个数，减少算法的计算量，从而能够保证动态节点对位置信息的实时性要求。

技术领域

本发明属于动态集群网技术领域，尤其涉及一种用于动态集群网络改进的 组合三边定位方法及系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

随着电子元器件以及无线电通信技术的日趋成熟，越来越多动态集群网络的 应用受到人们的关注，例如无人机集群，移动机器人集群等。动态网络作为一 种新的信息获取平台，能够实时监测和采集一定区域内被监测目标的多种信息， 扩展人与现实世界进行远程交互的能力，以及完成一些人类无法完成的危险任 务。而位置信息作为网络应用的基础，使得定位研究成为其应用的技术支撑。

网络定位算法根据是否测量节点之间的距离分为基于测距和无需测距两种。 非测距定位算法原理简单，代价小，硬件设备要求低，一般用于网络节点的粗 定位。例如：DV-hop算法利用距离矢量路由，计算网络平均每跳距离，进而估 算网络节点位置；蒙特卡罗定位算法基于概率统计原理估计节点下一时刻的位 置。

为了取得较高的定位精度，往往需要获得较精确的节点间距。基于测距的 定位方法，例如：多维标度MDS定位算法，通过整个网络节点之间的距离矩阵， 重构出节点间的相对位置，其计算复杂度高。三边定位或者多边定位算法，存 在误差传播与积累的问题。在此基础上有一些改进算法，例如：基于置信度迭 代的三边定位，通过定量化锚节点的几何分布来提高定位精度，但是其所需的 某些先验概率往往难以获取；类似的通过优化锚节点部署来提高三边定位精度 的方法在实际中也难以实施。鲁棒性定位算法，两两组合锚节点定位，降低算 法计算复杂度的同时，却增加了定位的误差；N次三边加权算法，通过组合所 有邻居锚节点定位，却没有考虑邻居锚节点数量较多时，其计算复杂度问题。

上述的方法大多关注于静态网络或者单一的网络拓扑结构定位，较少研究 动态网络节点的定位问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)对于动态集群网络节点，其位置信息具有时效性的特点，这就要求定 位算法的计算复杂度较低，一次定位整个集群间的通信负荷也要很小。同时动 态网络中产生异常数据的概率较大。而大多数传统静态网络定位算法，仅关注 于定位精度指标，并没有考虑节点移动性以及动态网络数据异常的问题，所以 仅简单地将静态网络定位算法用于动态网络，节点的定位问题不能有效的解决。

(2)Kumar S等人提出速度辅助的MDS定位算法，通过多普勒频移技术测 量节点间的相对速度，将相对速度应用到MDS的压力函数中来定位移动网络， 但其面向的是移动速度很小的节点，并没有考虑定位时限的问题，同时MDS计 算复杂度高的问题也没有解决；LiC等人使用扩展卡尔曼滤波器对多机器人系 统进行位置预测，但是其前提是需要已知移动网络的动态模型。Helmut H等人 则提出一种使用信号传播时间估计网络节点间距离的方法，通过动态网络节点 之间的相互协作完成集群的相对定位目标，该方法通过集群节点间的不断通信 来提升定位的精度，而并没有考虑集群的通信负载。

解决上述技术问题的难度和意义：