專利名稱：用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別裝置及其工作方法， 屬于通信信號處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，無線傳感器自身節(jié)點(diǎn)的定位已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)必要功能，并受到了廣泛關(guān)注，并在諸如智能交通、醫(yī)療衛(wèi)生、森林防火和環(huán)境檢測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。無線定位可分為基于幾何關(guān)系和統(tǒng)計(jì)信息的兩種方案。前一種方案包括基于到達(dá)時(shí)間(TOA)、基于到達(dá)時(shí)間差(TDOA)、基于到達(dá)角度(AOA)、基于信號強(qiáng)度指示(RSSI)或者聯(lián)合的方法。后一種方案將到達(dá)信號看作一個(gè)與錨節(jié)點(diǎn)、未知節(jié)點(diǎn)及傳播環(huán)境有關(guān)的變量， 通過降低模型的參數(shù)誤差或者根據(jù)先驗(yàn)信息求得未知節(jié)點(diǎn)的位置。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多變，模型參數(shù)或者網(wǎng)絡(luò)的先驗(yàn)信息往往很難獲得，而第一種方案不需要這些信息，且具有較高的定位精度，本發(fā)明僅考慮這種方案。由于這種方案假設(shè)信號來自視距傳播，而非視距傳播將嚴(yán)重影響定位精度。學(xué)者提出了多項(xiàng)式平滑、殘差檢測算法、殘差加權(quán)算法等來消除或抑制非視距誤差的影響。殘差檢測定位算法[Y. T. Chan, W. Y. Tsui, etc, "Time-of-Arrival Based Localization Under NLOS conditions”，2006]能成功的檢測出視距信號，從而進(jìn)行可靠得定位，但是其計(jì)算量太大， 難以實(shí)際應(yīng)用，為了改進(jìn)這種方法的缺點(diǎn)，在文獻(xiàn)[L. Jiao，Y. L. Frank, etc,"LCRT :A TOA Based Mobile Terminal Localization Algorithm in NLOS Environment”，2009]中對非視距鑒別過程進(jìn)行了改進(jìn)，雖然計(jì)算量有所降低，但非視距鑒別正確率降低，視距定位魯棒性受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別裝置及其工作方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別裝置，裝置包括檢測區(qū)域、匯聚節(jié)點(diǎn)和定位控制中心，檢測區(qū)域通過匯聚節(jié)點(diǎn)與定位控制中心無線連接，定位控制中心是一臺服務(wù)器。用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別裝置的工作方法，工作方法如下步驟1 在檢測區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署傳感器節(jié)點(diǎn)并確定節(jié)點(diǎn)標(biāo)識碼，位置可知的節(jié)點(diǎn)為錨節(jié)點(diǎn)，普通傳感器節(jié)點(diǎn)為未知節(jié)點(diǎn)，并指定一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)或未知節(jié)點(diǎn)為匯聚節(jié)點(diǎn)；步驟2 傳感器節(jié)點(diǎn)部署完畢后，錨節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送并接收用于定位的信標(biāo)信號，得到相對于未知節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信號的往返傳播時(shí)間；
步驟3 錨節(jié)點(diǎn)將錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息連同節(jié)點(diǎn)標(biāo)識碼和往返傳播時(shí)間發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)并通過匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送到定位控制中心；步驟4:定位控制中心根據(jù)信標(biāo)信號的往返傳播時(shí)間，得到未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)的距離測量值，對距離測量值進(jìn)行初始分組，每組包含四個(gè)距離測量值，并對各組劃分子分組；步驟5 定位控制中心利用錨節(jié)點(diǎn)的已知坐標(biāo)信息和距離測量值，建立分組殘差方程；步驟6 根據(jù)分組殘差方程，定位控制中心對各分組的距離測量值組成進(jìn)行判決， 統(tǒng)計(jì)子分組的殘差大于判決門限的子分組的數(shù)目，若殘差大于判決門限的子分組的數(shù)目與子分組總數(shù)的比例，小于既定比例，則更新初始分組；所述的判決門限為6. 25，所述的既定比例為10% ；步驟7 更新初始分組，一直到符合子分組的殘差大于判決門限的子分組的數(shù)目與子分組總數(shù)的比例，不小于既定比例，則分組為視距路徑組合；更新初始分組的判決門限為 3. 84。步驟4中，對各組劃分子分組的方法，假設(shè)該組有M個(gè)錨節(jié)，則每個(gè)子分組含M-I 個(gè)錨節(jié)點(diǎn)。所述步驟5中建立分組殘差方程包括下列步驟錨節(jié)點(diǎn)的的坐標(biāo)分別為(Xi，yi)，待定位未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(X，y)，未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)間的距離測量值為A，則分組殘差方程為，
權(quán)利要求
1.一種用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別裝置，其特征在于，裝置包括檢測區(qū)域、匯聚節(jié)點(diǎn)和定位控制中心，檢測區(qū)域通過匯聚節(jié)點(diǎn)與定位控制中心無線連接，定位控制中心是一臺服務(wù)器。
2.—種權(quán)利要求1所述的用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別裝置的工作方法，其特征在于，工作方法如下步驟1 在檢測區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署傳感器節(jié)點(diǎn)并確定節(jié)點(diǎn)標(biāo)識碼，位置可知的節(jié)點(diǎn)為錨節(jié)點(diǎn)，普通傳感器節(jié)點(diǎn)為未知節(jié)點(diǎn)，并指定一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)或未知節(jié)點(diǎn)為匯聚節(jié)點(diǎn)；步驟2 傳感器節(jié)點(diǎn)部署完畢后，錨節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送并接收用于定位的信標(biāo)信號，得到相對于未知節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)信號的往返傳播時(shí)間；步驟3 錨節(jié)點(diǎn)將錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息連同節(jié)點(diǎn)標(biāo)識碼和往返傳播時(shí)間發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)并通過匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送到定位控制中心；步驟4:定位控制中心根據(jù)信標(biāo)信號的往返傳播時(shí)間，得到未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)的距離測量值，對距離測量值進(jìn)行初始分組，每組包含四個(gè)距離測量值，并對各組劃分子分組；步驟5 定位控制中心利用錨節(jié)點(diǎn)的已知坐標(biāo)信息和距離測量值，建立分組殘差方程；步驟6 根據(jù)分組殘差方程，定位控制中心對各分組的距離測量值組成進(jìn)行判決，統(tǒng)計(jì)子分組的殘差大于判決門限的子分組的數(shù)目，若殘差大于判決門限的子分組的數(shù)目與子分組總數(shù)的比例，小于既定比例，則更新初始分組；所述的判決門限為6. 25，所述的既定比例為 10% ；步驟7 更新初始分組，一直到符合子分組的殘差大于判決門限的子分組的數(shù)目與子分組總數(shù)的比例，不小于既定比例，則分組為視距路徑組合；更新初始分組的判決門限為 3. 84。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別方法，其特征在于，步驟4中，對各組劃分子分組的方法，假設(shè)該組有M個(gè)錨節(jié)，則每個(gè)子分組含M-I個(gè)錨節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別方法，其特征在于，所述步驟5中建立分組殘差方程包括下列步驟錨節(jié)點(diǎn)的的坐標(biāo)分別為(Xi，yi)，待定位未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為U，y)，未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)間的距離測量值為^，則分組殘差方程為，χ0Λ)χ~ Bxij)*χ ’ν By(J)式中，i(7·)、j>(7_)為分組對未知節(jié)點(diǎn)的位置估計(jì)，對Λ幻、iO，幻為子分組對未知節(jié)點(diǎn)的位置估計(jì)，具體為初次分組采用最大似然估計(jì)，后續(xù)分組采用最小均方估計(jì)，Bx (j)、By (j) 為誤差最低下界估計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別方法，其特征在于，步驟7中所述的更新初始分組方法如下針對每個(gè)分組，計(jì)算=選x2(k)最小的分組，統(tǒng)計(jì)分組內(nèi)x2(j，k)jn 乂2(」，呔大于更新初始分組的判決門限的數(shù)目，如果不超過10%，該組內(nèi)的錨節(jié)點(diǎn)與其余錨節(jié)點(diǎn)分別構(gòu)成新分組，否則認(rèn)為該分組內(nèi)全為視距信號。
全文摘要
用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位的非視距路徑鑒別裝置及其工作方法，屬于通信信號處理技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先對錨節(jié)點(diǎn)劃分為四個(gè)一組，針對各分組及子分組，采用AML和LS聯(lián)合的位置估計(jì)方法，建立殘差檢測方程，利用該方程更新初始分組，最終得到視距路徑組合。該方法采用新的分組及子分組劃分方法和新的分組更新方法，能以極低的計(jì)算量鑒別出視距信號，可滿足低能耗、高定位精度的要求。
文檔編號H04W84/18GK102164406SQ201110047878
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者任玉鑫, 朱振興, 邢建平, 馬兵, 馬振良, 高亮 申請人:山東大學(xué)