[发明专利]一种基于传感器节点的光学AOA定位方法

说明书

本发明公开了一种基于传感器节点的光学AOA定位方法，结合了激光的特性和AOA定位算法，不强调激光精确对准，通过对传感器节点的结构设计引入光强分布的约束，解决了现有三维定位方法中激光对准难从而导致通信质量差的问题。本发明在不需要精确对准的条件下能够实现对物体的定位，降低了激光通信的苛刻要求，减少了测量误差。本发明使用激光分布函数，结合激光的信道增益进行传感器节点坐标的计算，能够较好地贴合光学定位环境。

技术领域

本发明属于三维定位技术领域，具体涉及一种基于传感器节点的光学AOA定位方法的设计。

背景技术

目前，现有的传感器节点定位方法大都假设用于定位的参考节点位置不变，其基本思路是利用距离、角度等关系建立方程组，采用的是三点定位原理，并根据最小二乘法来拟合求解得到节点位置坐标。在三维定位中，由于光通信的特点存在以下几方面困难：

(1)光学对准困难：节点是随机抛撒在一个三维的监测区域中，各个节点通过光传输且不固定(静态)，这对参考节点与被定位节点之间的光学对准是个挑战。

(2)异步扫描：节点间的扫描定位可能是异步的，也即可能出现少于3个节点同时扫描到被定位节点的情况。

(3)测量误差：距离、角度的测量值精度受各种因素的影响较大。

以上几方面困难都可能导致方程组解的唯一性和稳定性受到影响，因此目前三维定位算法研究还不够完善。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于传感器节点的光学AOA(Angle of Arrival，到达角度测距)定位方法，通过对传感器节点的结构设计引入光强分布的约束，解决三维定位方法中光学对准困难的问题，并减少测量误差。

本发明的技术方案为：一种基于传感器节点的光学AOA定位方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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)。