一種海上搜救無線傳感網(wǎng)節(jié)點定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種海事安全領域及無線傳感網(wǎng)技術領域的無線搜救技術，具體涉及 一種海上搜救無線傳感網(wǎng)及其目標節(jié)點的定位技術。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有的海上搜救技術主要依賴于搜救方單方面的搜尋，待搜尋目標本身幾乎不能 主動為搜救方提供與搜尋工作相關的有益信息，較為被動。隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，微機 電系統(tǒng)技術的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡（WirelessSensorNetworks，WSN)技術也日漸成熟。 WSN中所設置的大量節(jié)點，通過對監(jiān)測區(qū)域內目標的實時監(jiān)測與多跳的無線通信方式，采集 海上搜救中搜救目標的位置等信息并及時發(fā)送給搜救部門，為目標的快速搜尋提供有效的 信息。
[0003] 目前對WSN技術在海事領域的應用研宄逐漸增多，如海上溢油檢測、海事監(jiān)控等。 WSN技術作為物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術之一，其低成本、體積小、快速自組織、較強的自適應性等特 點，為其廣泛應用提供可能，也為其在海上搜救領域的應用提供了明顯的有優(yōu)勢。
[0004] 然而，在海上搜救當中應用WSN技術時，要解決的一個重要問題就是網(wǎng)絡如何獲 得待搜救目標的實時、準確的位置信息。只有將實時、準確的位置信息傳輸給救援中心，救 援方才能提高救援效率和救援成功率。
[0005]WSN的定位問題是在實現(xiàn)節(jié)點定位的前提下，通過改進定位算法來使新的算法適 應相應的使用環(huán)境，同時降低定位過程中節(jié)點能量的損耗，提高定位結果的實時性和準確 性。
[0006] 現(xiàn)有的定位算法主要分為靜態(tài)節(jié)點定位算法和動態(tài)節(jié)點的定位算法兩種，并已取 得了初步的進展，但由于資金、設備條件等因素，大部分拓撲控制方法仍處于理論研宄階 段，所進行的實驗也僅限于在仿真環(huán)境下觀察方法的優(yōu)劣，沒有充分注意到在實際環(huán)境應 用中要面臨的諸多挑戰(zhàn)。而對于海上搜救的環(huán)境而言，網(wǎng)絡節(jié)點動態(tài)性很強，節(jié)點不可替 換，且要求網(wǎng)絡生命期盡可能長，因此需要一種新的適應于該環(huán)境下節(jié)點定位的方法。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明提供一種海上搜救無線傳感網(wǎng)節(jié)點定位算法，用來確定海上搜救無線傳感 網(wǎng)中待定位節(jié)點的位置信息，此算法可以適應動態(tài)性較高的海上無線傳感網(wǎng)，提供更實時、 更準確的節(jié)點位置信息。
[0008] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是提供一種海上搜救無線傳感網(wǎng)節(jié)點定位 方法；多個傳感器節(jié)點通過自組織形成的無線傳感器網(wǎng)絡中，任意一個傳感器節(jié)點向其實 時探測到的信標節(jié)點發(fā)送所屬無線傳感器網(wǎng)絡中所有傳感器節(jié)點的位置信息；
[0009] 任意一個信標節(jié)點向與之無線通訊連接的終端設備，發(fā)送該信標節(jié)點的位置信息 及其接收到的傳感器節(jié)點的位置信息，并由所述終端設備通過外接衛(wèi)星發(fā)布至互聯(lián)網(wǎng)；目 標節(jié)點是其中一個待定位的傳感器節(jié)點；被選信標節(jié)點是其中一個信標節(jié)點；
[0010] 所述節(jié)點定位方法，包含：
[0011] 使用極大似然估計定位算法，計算與目標節(jié)點位置最近且具有相同運動狀態(tài)的被 選信標節(jié)點的初定位位置信息；
[0012] 根據(jù)獲取的所述被選信標節(jié)點的運動軌跡，對被選信標節(jié)點的初定位位置信息進 行首次修正，得到被選信標節(jié)點的首次修正后的位置信息；
[0013] 對被選信標節(jié)點的首次修正后的位置信息進行坐標誤差修正，得到被選信標節(jié)點 的最終位置；
[0014] 根據(jù)被選信標節(jié)點的最終位置及首次修正及坐標誤差修正的結果，對通過使用極 大似然估計定位算法計算得到的目標節(jié)點的初定位位置信息進行修正，得到目標節(jié)點的最 終位置。
[0015] 優(yōu)選地，計算被選信標節(jié)點的初定位位置信息對應的坐標(充7，免_/，么/):
【主權項】
1. 一種海上捜救無線傳感網(wǎng)節(jié)點定位方法，其特征在于， 多個傳感器節(jié)點通過自組織形成的無線傳感器網(wǎng)絡中，任意一個傳感器節(jié)點向其實時 探測到的信標節(jié)點發(fā)送所屬無線傳感器網(wǎng)絡中所有傳感器節(jié)點的位置信息；任意一個信標 節(jié)點向與之無線通訊連接的終端設備，發(fā)送該信標節(jié)點的位置信息及其接收到的傳感器節(jié) 點的位置信息，并由所述終端設備通過外接衛(wèi)星發(fā)布至互聯(lián)網(wǎng)； 目標節(jié)點是其中一個待定位的傳感器節(jié)點；被選信標節(jié)點是其中一個信標節(jié)點； 所述節(jié)點定位方法，包含： 使用極大似然估計定位算法，計算與目標節(jié)點位置最近且具有相同運動狀態(tài)的被選信 標節(jié)點的初定位位置信息； 根據(jù)獲取的所述被選信標節(jié)點的運動軌跡，對被選信標節(jié)點的初定位位置信息進行首 次修正，得到被選信標節(jié)點的首次修正后的位置信息； 對被選信標節(jié)點的首次修正后的位置信息進行坐標誤差修正，得到被選信標節(jié)點的最 終位置； 根據(jù)被選信標節(jié)點的最終位置及首次修正及坐標誤差修正的結果，對通過使用極大似 然估計定位算法計算得到的目標節(jié)點的初定位位置信息進行修正，得到目標節(jié)點的最終位 置。
2. 如權利要求1所述的節(jié)點定位方法，其特征在于， 計算被選信標節(jié)點的初定位位置信息對應的坐標化bj)。，知)：
其中，（X。y。Zi)、（X2, 72, Z2)、…（X。，y。，Z。）分別為移動信標節(jié)點在Ai、A2…A。位置的 坐標，n > 3 ;所述移動信標節(jié)點是與被選信標節(jié)點不同的信標節(jié)點； 山，中2,…中。分別是在A i、A2…A。位置的移動信標節(jié)點與被選信標節(jié)點之間的距離。
3. 如權利要求2所述的節(jié)點定位方法，其特征在于， t。時刻被選信標節(jié)點在位置M 1處，分別與A 1、A,…A。位置的移動信標節(jié)點進行信息交 互； 信息交互中，根據(jù)被選信標節(jié)點或移動信標節(jié)點接收對方發(fā)送信息時的RSSI信號強 度，計算位置Ml與Ai、A2…A。位置之間的距離du且ij = 1，2,…n，作為dii，d?！璬in;
P(du)是相距距離du時接收到的信號強度； d。是參考距離，P(d。）是相距參考距離d。時接收到的信號強度； X。是平均值為0的高斯分布隨機變數(shù)，取值范圍為4?10 ; k為衰減因子，取值范圍是2?5。
4. 如權利要求2所述的節(jié)點定位方法，其特征在于， 計算目標節(jié)點的初定位位置信息對應的坐標化，知i;):
其中，屯1，cU…cU分別是在A i、A,…A。位置的移動信標節(jié)點與目標節(jié)點之間的距離。
5. 如權利要求4所述的節(jié)點定位方法，其特征在于， t。時刻目標節(jié)點在位置U 1處，分別與A 1、A2…A。位置的移動信標節(jié)點進行信息交互； 信息交互中，根據(jù)目標節(jié)點或移動信標節(jié)點接收對方發(fā)送信息時的RSSI信號強度，計 算位置Ui與Ai、A2…A。位置之間的距離d"且uj = 1，2,…n，作為dui，山，…cU，
P(duP是相距距離duj.時接收到的信號強度。
6. 如權利要求5所述的節(jié)點定位方法，其特征在于， 使用被選信標節(jié)點從t。時刻到tw時刻的運動軌跡為萬來進行首次修正，獲得被 選信標節(jié)點在t"_i時刻到達位置M。的坐標，作為首次修正后的位置信息對應的 坐標：


其中，（Xii，yii，Zu)、（Xh，yh，zJ分別是被選信標節(jié)點在位置Mi、M。時的真實坐標。
7. 如權利要求6所述的節(jié)點定位方法，其特征在于， 對于處在被選信標節(jié)點和目標節(jié)點通信范圍內的m個信標節(jié)點，計算m個信標節(jié)點各 自在首次修正后的位置信息切抽，知與其真實位置信息（x"。，y"。，Zf J之間的坐標誤 差：
將m個信標節(jié)點的坐標誤差的平均值，作為被選信標節(jié)點首次修正后的位置信息對應 的坐標誤差：
〇
8. 如權利要求7所述的節(jié)點定位方法，其特征在于， 經(jīng)過坐標誤差修正后，計算得到被選信標節(jié)點的最終位置M(x' h，y' h，z' J為：
計算得到目標節(jié)點的最終位置對應的最終定位坐標（x，y，z)為：
其中，目標節(jié)點從t。時刻到t。_1時刻的運動軌跡U lUn = MiM'" ; 得到(而，斯，％)二(么，知，i,) + (A^，Ay，Az) + MjM。
o
9. 如權利要求1所述的節(jié)點定位方法，其特征在于，


所述傳感器節(jié)點的其中一些傳感器節(jié)點，被預先安裝在船舶或救生衣或救生艇俊，其 在船舶失事時啟動； 其中另一些傳感器節(jié)點被拋灑在海面上，用來輔助其他傳感器節(jié)點一起通過自組織來 形成所述無線傳感器網(wǎng)絡； 所述信標節(jié)點設置于救援船舶或救援直升機；所述終端設備設置于救援船舶。
10.如權利要求2所述的節(jié)點定位方法，其特征在于， 移動信標節(jié)點是設置在救援直升機上的信標節(jié)點。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種海上搜救無線傳感網(wǎng)節(jié)點定位方法，使用極大似然估計定位算法，計算與目標節(jié)點位置最近且具有相同運動狀態(tài)的被選信標節(jié)點的初定位位置信息；根據(jù)獲取的所述被選信標節(jié)點的運動軌跡，對被選信標節(jié)點的初定位位置信息進行首次修正，得到被選信標節(jié)點的首次修正后的位置信息；對被選信標節(jié)點的首次修正后的位置信息進行坐標誤差修正，得到被選信標節(jié)點的最終位置；根據(jù)被選信標節(jié)點的最終位置及首次修正及坐標誤差修正的結果，對通過使用極大似然估計定位算法計算得到的目標節(jié)點的初定位位置信息進行修正，得到目標節(jié)點的最終位置。本發(fā)明可以適應動態(tài)性較高的海上無線傳感網(wǎng)，提供更實時、更準確的節(jié)點位置信息。
【IPC分類】H04W84-18, H04W4-02
【公開號】CN104602191
【申請?zhí)枴緾N201510028115
【發(fā)明人】吳華鋒, 劉玲
【申請人】上海海事大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年3月5日