[发明专利]一种基于传感器节点的光学AOA定位方法

权利要求书

1.一种基于传感器节点的光学AOA定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过布置和设计发射装置和接收装置，构建定位系统；

S2、将定位系统接收装置的中心设置于待定位的传感器节点处；

S3、通过定位系统的发射装置向接收装置发射激光，结合AOA定位算法和激光分布函数实现对传感器节点的定位；

所述步骤S1包括以下分步骤：

S11、采用激光发射器作为发射装置，并将其设置于待定位的传感器节点上方；

S12、将M个半径为R_D的圆形棱镜等距离设置于水平放置，且半径为ε的圆形支架上，构成棱镜层；其中M≥3，ε＝kR_D，k∈(1,10)且k为整数；

S13、在每个圆形棱镜正下方垂直距离为h_A处分别设置一个半径为R_D的圆形探测器；

S14、将每个圆形探测器在水平方向上相对于圆形支架的圆心向外移动d_PD距离，构成探测器层，并在探测器层设置一个投影平面；其中d_PD∈(0.5R_D,1.5R_D)；

S15、将每个圆形棱镜和其对应的圆形探测器固定连接，使得棱镜层和探测器层共同组成接收装置，并将圆形支架的圆心作为接收装置的中心，从而完成定位系统的构建。

2.根据权利要求1所述的光学AOA定位方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下分步骤：

S31、以发射装置的位置作为坐标原点(0,0,0)，建立三维直角坐标系；

S32、通过发射装置向接收装置发射激光，在探测器层的投影平面上得到每个圆形棱镜的光投影；

S33、根据激光分布函数计算每个光投影与对应圆形探测器的重合面积A₀^(j)；

S34、根据重合面积A₀^(j)计算每个光投影中心点到对应圆形探测器中心的距离d_j；

S35、根据每个光投影中心点到对应圆形探测器中心的距离d_j，采用AOA定位算法计算得到接收装置的中心坐标(x_U,y_U,z_U)，实现对传感器节点的定位。

3.根据权利要求2所述的光学AOA定位方法，其特征在于，所述步骤S33中重合面积A₀^(j)的计算公式为：

其中A₀^(j)表示第j个光投影与对应圆形探测器的重合面积，j＝1,2,...,M，z_U表示接收装置中心在z轴方向上的坐标，Ω表示接收光照强度；

h_c^(j)表示激光的信道增益，若是在陆地环境，h_c^(j)采用朗伯模型进行计算，其计算公式为：

φ_j表示φ在第j个圆形棱镜上的角度分量，φ为激光发射器和圆形探测器的连线与z轴的夹角，mx为光照辐射特性形状参数，且L表示发射装置到投影平面的垂直距离；

若是在水下环境，h_c^(j)采用BSF函数进行计算，其计算公式为：

其中L表示发射装置到投影平面的垂直距离，ψ为光束的天顶角，f_s(ψ)表示天顶角的散射相函数，b为水体的散射函数，c为水体的衰减函数，I₁为FOV指标函数。

4.根据权利要求2所述的光学AOA定位方法，其特征在于，所述步骤S34中每个光投影中心点到对应圆形探测器中心的距离d_j的计算公式为：

其中d_j表示第j个光投影中心点到对应圆形探测器中心的距离，j＝1,2,...,M，A₀^(j)表示第j个光投影与对应圆形探测器的重合面积，R_D为圆形探测器半径。

5.根据权利要求2所述的光学AOA定位方法，其特征在于，所述步骤S35中接收装置中心坐标(x_U,y_U,z_U)的计算公式为：

其中(x_U,y_U,z_U)表示接收装置的中心坐标，(x_PD,j,y_PD,j)分别表示第j个圆形探测器中心相对于第j个圆形棱镜中心在x轴和y轴上的偏移量，且x_PD,j＝d_PD,jcosψ_PD,j，y_PD,j＝d_PD,jsinψ_PD,j，d_PD,j表示第j个圆形探测器与第j个圆形棱镜在xy平面上的距离，d_PD,j∈(0.5R_D,1.5R_D)，ψ_PD,j表示第j个圆形棱镜在投影平面的垂直投影点和第j个圆形探测器中心的连线与x轴的夹角，且h_A表示棱镜层和探测器层的垂直距离，φ_j表示φ在第j个圆形棱镜上的角度分量，φ为激光发射器和圆形探测器的连线与z轴的夹角，α_j表示α在第j个圆形棱镜上的角度分量，α为激光发射器和圆形探测器的连线在xy平面上的投影与x轴的夹角，(σx_j,σy_j)表示第j个圆形棱镜中心相对于接收装置中心在x轴和y轴上的偏移量，且ε为圆形支架半径。