[发明专利]基于RSS和AOA的三维无线传感网络协作定位方法

说明书

本发明公开了一种基于RSS和AOA的三维无线传感网络协作定位方法，其构建RSS测量值的测量模型、AOA测量值中的方位角测量值的测量模型、AOA测量值中的仰角测量值的测量模型；根据三个测量模型的近似表达式，并结合最小二乘准则，得到非凸最小二乘问题；通过引入辅助变量，得到非凸最小二乘问题的初步等价问题；通过引入辅助变量和松弛变量、二阶锥约束，得到非凸最小二乘问题的最终等价问题；采用半正定松弛方法对非凸最小二乘问题的最终等价问题进行松弛，得到混合半正定/二阶锥规划问题；求解混合半正定/二阶锥规划问题得到所有目标源在参考坐标系中的位置估计值；优点是其定位精度高。

技术领域

本发明涉及一种目标定位方法，尤其是涉及一种基于RSS和AOA的三维无线传感网络协作定位方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种分布式传感网络，其一般由大量的传感器组成，通过将传感器分布在监察区域，可以获得被感知对象的信息。无线传感网络有着极其广泛的应用，比如目标追踪、航空航海、救援系统等。为了保持较低的执行成本，在无线传感网络中只有部分传感器通过全球定位系统(GPS)确定了自己的位置，它们被称为锚节点，剩下的传感器预先不知道自己的位置，它们被称为目标节点，或者目标源。利用锚节点的已知位置，通过使用某种定位方案，可以确定目标源的位置。在很多实际应用中，如果传感器没有相应的位置信息，传感器所收集的数据是没有意义的，因此，传感器的位置估计是无线传感网络的关键技术之一。

通常使用基于测距的定位方案实现目标源的定位，距离测量值主要从到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角度(AOA)、接收信号强度(RSS)等信号特征中提取。最近，越来越多的定位方案开始采用混合测量值，因为从混合测量值中可以提取出更多的信息，从而提升了定位精确度。

基于混合测量值的定位方案分为非协作定位和协作定位。由于非协作定位方法只允许锚节点和目标源之间通信，因此当通信距离较大时，可能没有足够的信息确定目标源的位置，通过将非协作定位方法推广到协作定位方法使得目标源与目标源之间的信息能被充分利用，大大降低了对锚节点的分布密度的需求，进一步提升了定位精确度。SlavisaTomic等人在IEEE Transactions on Vehicular Technology(电气和电子工程师协会(IEEE)车辆技术会刊)中公开的3-D Target Localization in Wireless SensorNetwork Using RSS and AOA Measurements(无线传感网络中基于RSS和AOA测量的三维目标定位)，其将最大似然估计(ML)问题近似为最小二乘估计问题，并通过半正定松弛技术将最小二乘问题松弛为半正定规划问题，并用内点法进行求解，然而实验表明该协作定位方法的定位性能还有提升的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于RSS和AOA的三维无线传感网络协作定位方法，其定位精度高。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于RSS和AOA的三维无线传感网络协作定位方法，其特征在于包括以下步骤：