[发明专利]一种基于压缩感知与多边测量相结合的定位方法

权利要求书

1.一种基于压缩感知与多边测量相结合的煤矿井下定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.离线测量阶段，根据煤矿井下工作环境及巷道走向的分布，在任意一块椭圆定位区域的临近直线上布设N个定位参考节点，同时沿巷道走向划分各参考节点的局部定位区域，收集待定位目标发射的信号强度值数据存入指纹库，形成较完备的离线指纹数据库，构建稀疏基矩阵，存入中心服务器；

B.在线定位阶段分为两个过程，粗定位过程运用压缩感知技术，只需在临近椭圆定位区域的直线上放置M(M＜＜N)个参考节点，通过M个参考节点在线接收每个目标节点信号强度值数据构建测量值向量，每检测到一个目标就会生成一个列向量；之后收集M个参考节点在线接收的全部目标节点信号强度值数据构建观测矩阵，在观测矩阵与稀疏基矩阵满足不相干的条件下，结合测量值向量，运用压缩感知重构算法粗略估计目标初始位置，完成粗定位；

C.在线定位阶段精定位过程在粗定位的基础上，通过多边测量定位技术进一步确定目标的精确坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括下列步骤：

A1.假设定位区域存在N个目标节点，在临近椭圆定位区域的直线上每隔任意小段距离随机放置一个参考节点，共放置N个参考节点；

A2.每个参考节点到N个目标节点的距离r是可得的，根据信号传播模型中距离与信号强度关系公式可计算目标节点的信号强度值，依次对目标信号进行采样；

A3.每个参考节点都要对椭圆定位区域内可能存在的N个目标节点发射的信号强度值进行采样，生成一个行向量；

A4.每个参考节点都会生成一个1×N的行向量，N个参考节点就会生成N个行向量，所有参考节点采集的目标节点信号组合在一起就得到了完备的离线指纹数据库，构建为N×N的稀疏基矩阵Ψ。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收信号强度值数据是从所述目标节点发射的信号中得到。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中包括下列步骤：

B1.粗定位过程运用压缩感知技术，避免了采集和处理大量数据，只需采集少量数据就可重构目标所在范围，在临近椭圆定位区域的直线上每隔距离d布设一个参考节点，一共布设M个参考节点；

B2.M个参考节点在线接收每个目标节点信号强度值数据构建M×1的测量值向量y，有多少个目标节点就会生成多少个测量值向量y；

B3.M个参考节点在线接收的N个目标节点信号强度值数据构建M×N的观测矩阵Φ，从服务器导入稀疏基矩阵Ψ，采用正交化预操作使Φ与Ψ满足不相干性，结合测量值向量y，运用压缩感知重构算法得到位置信号稀疏向量，初步估计目标初始位置，确定一个小范围。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括下列步骤：

C1.精定位过程目标的搜索范围缩小，选取接收目标信号最强的X个近邻参考节点作为多边测量的参考节点，接收未知目标节点的信号强度；

C2.参考节点与目标节点间的距离r可以通过传输距离与信号强度之间的公式求出；

C3.根据得到的接收目标节点信号强度值跟距离r，通过多边测量定位技术的相关计算求出目标节点坐标，多次测量取平均值得到最终目标节点精确坐标(x,y)。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的稀疏基矩阵

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的测量值向量y＝[y₁,y₂,y₃,…y_M]_M×1^T，观测矩阵位置信号稀疏向量为θ；

其中，1≤i≤M，1≤j≤N，表示粗定位过程第i个参考节点到第j的目标节点采样Y次的信号强度平均值，表示第β次采样值。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的X为4个，(x_i,y_i)是第i个参考节点的坐标，g为位置信息稀疏向量θ中含有的g个接近1的非零值。