專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目標(biāo)定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的重要應(yīng)用場(chǎng)景。WSN采集的信息中包含位置信息才能和物理世界相對(duì)應(yīng)，才具有實(shí)際意義。目前現(xiàn)有的定位方法中應(yīng)用最廣泛的是利用GPS進(jìn)行定位，但使用GPS進(jìn)行定位容易受到環(huán)境限制，對(duì)于室內(nèi)、或受城市內(nèi)的高樓建筑遮擋而導(dǎo)致信號(hào)無法接收的場(chǎng)合均無法使用，另外，由于利用GPS進(jìn)行定位時(shí)目標(biāo)需要持續(xù)不斷發(fā)送位置信息，消耗的能量較大，所以也不適用于那些布設(shè)在野外并且需要電池供電的設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備。對(duì)于那些在GPS定位不適用的場(chǎng)合，目前主要采用基于WSN的定位技術(shù)，包括基于無測(cè)距的定位技術(shù)和基于測(cè)距的定位技術(shù)。通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)研究，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)一、基于無測(cè)距的定位技術(shù)雖然容易實(shí)現(xiàn)，但定位精度差，適用于在精度要求不高的場(chǎng)合；二、基于測(cè)距的定位技術(shù)主要包括RSS1、T0A、TD0A、A0A定位，其中基于RSSI定位雖然比基于Τ0Α、TDOA、AOA定位的硬件簡(jiǎn)單、廉 價(jià)，得到廣泛應(yīng)用，但缺點(diǎn)是定位前需要較長(zhǎng)的訓(xùn)練階段，不易快速部署。且節(jié)點(diǎn)位置變動(dòng)或環(huán)境變動(dòng)后需要重新學(xué)習(xí)，而基于T0A、TD0A、A0A定位需要專門的硬件，價(jià)格昂貴，另外，所有基于測(cè)距的定位技術(shù)均存在通信量大、難以同時(shí)進(jìn)行多目標(biāo)定位以及容錯(cuò)性差等問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的GPS定位方法、基于無測(cè)距的定位技術(shù)和基于測(cè)距的定位技術(shù)在定位時(shí)所存在的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下—種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，待定位區(qū)域?yàn)榉叫螀^(qū)域，并且待定位區(qū)域被劃分為N個(gè)網(wǎng)格，在所述方形區(qū)域內(nèi)隨機(jī)布設(shè)有M個(gè)傳感器，并已知每個(gè)傳感器的位置，并且多個(gè)目標(biāo)周期性地發(fā)射的信號(hào)，M個(gè)所述傳感器周期性地收集多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)，包括接收每個(gè)所述傳感器將其每個(gè)周期T內(nèi)收集到的信號(hào)的強(qiáng)度值累加得到累加結(jié)果ym;分別將多個(gè)所述目標(biāo)的位置假設(shè)為其所在網(wǎng)格的中心位置，并且將位于第N個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)的坐標(biāo)假設(shè)為(Xn，yn)，并計(jì)算第m個(gè)傳感器接收到位于第η個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度Pm,η，其中1彡m彡M，1彡η彡N;根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度Pm,η構(gòu)建一個(gè)重構(gòu)矩陣ΦΜ，并且Ymx1= ΦΜχΝΧΝχ1 ;通過求解I1范數(shù)最小的最優(yōu)化問題對(duì)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)結(jié)果X 計(jì)算重構(gòu)誤差，得到第一重構(gòu)誤差，并將所述第一重構(gòu)誤差與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；當(dāng)所述第一重構(gòu)誤差小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，確定多個(gè)所述目標(biāo)的位置為(xn，yn)。
優(yōu)選地，所述接收每個(gè)所述傳感器將其每個(gè)周期T內(nèi)收集到的信號(hào)的強(qiáng)度值累加得到累加結(jié)果ym，具體為接收每個(gè)所述傳感器在周期時(shí)間片結(jié)束后、并且以多跳的方式將其每個(gè)周期T內(nèi)收集到的信號(hào)的強(qiáng)度值累加得到累加結(jié)果ym。優(yōu)選地，所述計(jì)算第m個(gè)傳感器接收到位于第η個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度Pm, η，具體為計(jì)算位于第N個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)假設(shè)的坐標(biāo)(xn，yn)與第m個(gè)傳感器的的坐標(biāo)(Xni, ym)之間的歐式距離Dnun;根據(jù)平均接收信號(hào)強(qiáng)度與信號(hào)傳輸距離之間的關(guān)系，計(jì)算得到第m個(gè)傳感器接收到位于第η個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度Pm,η，并且Pm,n = PcrIOnpIg (Dm,n/DQ)，其中Pm,n的單位為dBm，P。為在參考傳輸距離為Dtl時(shí)的接收信號(hào)強(qiáng)度，np為路徑衰減指數(shù)，D為傳輸距離。優(yōu)選地，所述平均接收信號(hào)強(qiáng)度與信號(hào)傳輸距離之間的關(guān)系為P = P0-1OnpIg (D/D0),其中P為平均接收信號(hào)強(qiáng)度，單位為dBm，P0為在參考
傳輸距離為Dtl時(shí)的接收信號(hào)強(qiáng)度，np為路徑衰減指數(shù)，D為傳輸距離。優(yōu)選地，M個(gè)所述傳感器中全部或部分傳感器周期性地收集多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)，并且當(dāng)部分傳感器周期性手機(jī)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)時(shí)，部分傳感器的數(shù)量大于等于目標(biāo)數(shù)量的兩倍。優(yōu)選地，當(dāng)所 述第一重構(gòu)誤差大于預(yù)設(shè)值時(shí)，該方法進(jìn)一步包括將目標(biāo)所在的第N個(gè)網(wǎng)格均分為四個(gè)方形子網(wǎng)格，所述四個(gè)方形子網(wǎng)格的中心點(diǎn)分別為A、B、C和D ;將位于第N個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)的位置分別假設(shè)為A、B、C或D四個(gè)點(diǎn)，并根據(jù)假設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)分別計(jì)算第m個(gè)傳感器接收到位于第η個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度P’ ffl,n ；根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度P’ m,n構(gòu)建一個(gè)重構(gòu)矩陣Φ’ MxN，通過求解I1范數(shù)最小的最優(yōu)化問題對(duì)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)結(jié)果X’，計(jì)算重構(gòu)誤差，得到第二重構(gòu)誤差，并將所述第二重構(gòu)誤差與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；當(dāng)所述第二重構(gòu)誤差大于預(yù)設(shè)值時(shí)，將此次假設(shè)點(diǎn)所在的網(wǎng)格劃分成四個(gè)方形子網(wǎng)格，并重新構(gòu)建重構(gòu)矩陣，計(jì)算重構(gòu)誤差并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；當(dāng)所述第二重構(gòu)誤差小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，則確定所述目標(biāo)的位置確定為此次假設(shè)的坐標(biāo)。優(yōu)選地,若目標(biāo)的數(shù)量為已知,設(shè)為K,當(dāng)確定目標(biāo)的位置后,該方法進(jìn)一步包括確定定位得到的目標(biāo)的數(shù)量，并將所述目標(biāo)的數(shù)量與K進(jìn)行比較；當(dāng)所述目標(biāo)的數(shù)量大于K，將得到所述重構(gòu)結(jié)果X或按照能量的分布特征劃分為K個(gè)聚類，并將每個(gè)聚類的元素中的最大值確定為定位結(jié)果。一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，待定位區(qū)域?yàn)榉叫螀^(qū)域，并且待定位區(qū)域被劃分為N個(gè)網(wǎng)格，多個(gè)目標(biāo)設(shè)置在所述待定位區(qū)域，并且周期性發(fā)射信號(hào)，包括M個(gè)傳感器和融合模塊，其中所述M個(gè)傳感器布設(shè)在待定位區(qū)域，每個(gè)傳感器的位置已知，所述M個(gè)傳感器周期性接收多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)，并且每個(gè)所述傳感器將其每個(gè)周期T內(nèi)收集到的信號(hào)的強(qiáng)度值累加得到累加結(jié)果ym發(fā)送給融合模塊；所述融合模塊與所述M個(gè)傳感器相連接，所述融合模塊包括接收單元，用于接收所述傳感器發(fā)送的累加結(jié)果ym ；目標(biāo)位置初始化單元，用于分別將多個(gè)所述目標(biāo)的位置假設(shè)為其所在網(wǎng)格的中心位置，并且將位于第η個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)的坐標(biāo)假設(shè)為(xn，yn)；信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算單元，用于計(jì)算第m個(gè)傳感器接收到位于第η個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度Pm,n，其中1 < m < Μ，I < η < N ;重構(gòu)矩陣構(gòu)建單元，用于根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度Pm,n構(gòu)建一個(gè)重構(gòu)矩陣ΦΜ，并且Ymx1 = ΦMxnXnxi ；重構(gòu)單元，用于通過求解I1范數(shù)最小的最優(yōu)化問題對(duì)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)結(jié)果X ;重構(gòu)誤差計(jì)算單元，用于計(jì)算重構(gòu)誤差，得到第一重構(gòu)誤差；重構(gòu)誤差比較單元，用于將所述第一重構(gòu)誤差與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；確定單元，用于當(dāng)所述比較單元比較得到所述第一重構(gòu)誤差小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，確定多個(gè)所述目標(biāo)的位置為(Xn，yn)。優(yōu)選地，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括目標(biāo)位置調(diào)整單元，用于當(dāng)所述比較單元比較得到所述第一重構(gòu)誤差大于預(yù)設(shè)值時(shí)，將位于第N個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)的位置分別假設(shè)為A、B、C或D四個(gè)點(diǎn)。優(yōu)選地，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括優(yōu)化單元，用于確定目標(biāo)的位置后，確定定位得到的目標(biāo)的數(shù)量，將所述目標(biāo)的數(shù)量與已知目標(biāo)數(shù)量進(jìn)行比較，并且當(dāng)所述目標(biāo)的數(shù)量大于已知目標(biāo)數(shù)量時(shí)，將得到所述重構(gòu)結(jié)果X或按照能量的分布特征劃分為已知目標(biāo)數(shù)量的聚類，并將每個(gè)聚類的元素中的最大值確定為定位結(jié)果。由以上技術(shù)方案可見，本申請(qǐng)實(shí)施例提供的該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，在對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)進(jìn)行定位時(shí)，傳感器只需采集少量數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給融合模塊即可，這樣對(duì)傳感器的硬件要求較低，并且減少了網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)量從而可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。另外，融合模塊接收到傳感器的測(cè)量結(jié)果后，通過壓縮感知算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行同時(shí)定位。此外，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法還可以采用迭代回溯算法進(jìn)一步縮小多個(gè)目標(biāo)所在的區(qū)域范圍，提高了定位精度。


為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖；圖2為本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的另一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖； 圖3為本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)模型的示意圖4為本申請(qǐng)?zhí)峁┑幕厮菟惴ǖ氖疽鈭D；圖5為本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的又一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖；圖6為本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的又一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖；圖7為本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本申請(qǐng)?zhí)峁┑挠忠环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
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為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。本文中術(shù)語“系統(tǒng)”和“網(wǎng)絡(luò)”在本文中常被可互換使用。本文中術(shù)語“和/或”，僅僅是一種描述關(guān)聯(lián)對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表不可以存在二種關(guān)系，例如，A和/或B,可以表不單獨(dú)存在A，同時(shí)存在A和B，單獨(dú)存在B這三種情況。另外，本文中字符“/”，一般表示前后關(guān)聯(lián)對(duì)象是一種“或”的關(guān)系。一個(gè)實(shí)施例在本申請(qǐng)實(shí)施例中，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的系統(tǒng)模型為方形待定位區(qū)域，并且待定位區(qū)域被劃分為N個(gè)網(wǎng)格，在方形區(qū)域內(nèi)隨機(jī)布設(shè)有M個(gè)傳感器，并已知每個(gè)傳感器的位置，在待定位區(qū)域內(nèi)設(shè)置有多個(gè)待定位的目標(biāo)，并且多個(gè)目標(biāo)周期性地發(fā)射的信號(hào)，M個(gè)所述傳感器周期性地收集多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)。圖1為本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟SlOl :接收每個(gè)所述傳感器將其每個(gè)周期內(nèi)收集到的信號(hào)的強(qiáng)度值累加得到累加
結(jié)果ym。S102:分別將多個(gè)所述目標(biāo)的位置假設(shè)為其所在網(wǎng)格的中心位置，并且將位于第N個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)的坐標(biāo)假設(shè)為(xn，yn)，并計(jì)算第m個(gè)傳感器接收到位于第η個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度Pm,η。S103 :根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度Pm,η構(gòu)建一個(gè)重構(gòu)矩陣ΦΜχΝ，并且Ymx1 = ΦΜχΝΧΝχ1οS104 :通過求解I1范數(shù)最小的最優(yōu)化問題對(duì)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)結(jié)果X。S105:根據(jù)重構(gòu)結(jié)果計(jì)算第一重構(gòu)誤差，并將所述第一重構(gòu)誤差與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較。S106 :當(dāng)所述第一重構(gòu)誤差小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，確定多個(gè)所述目標(biāo)的位置為(xn，yn) ο另一個(gè)實(shí)施例
在本申請(qǐng)實(shí)施例中，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的系統(tǒng)模型為方形待定位區(qū)域，并且待定位區(qū)域被劃分為N個(gè)網(wǎng)格，在方形區(qū)域內(nèi)隨機(jī)布設(shè)有M個(gè)傳感器，并已知每個(gè)傳感器的位置，在待定位區(qū)域內(nèi)設(shè)置有多個(gè)待定位的目標(biāo)。如圖2所示，為本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)模型，圖中三角形代表傳感器，五角星代表待定位目標(biāo)。圖3為本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的另一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖。如圖3所示，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法包括S201 :多個(gè)目標(biāo)周期性發(fā)射信號(hào)。待定位的多個(gè)目標(biāo)中，每個(gè)目標(biāo)均是獨(dú)立存在的，各個(gè)目標(biāo)發(fā)射信號(hào)的周期相互獨(dú)立，不要求多個(gè)目標(biāo)同步發(fā)射信號(hào)。多個(gè)目標(biāo)的發(fā)射周期為T。S202:M個(gè)傳感器周期性接收多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)，并對(duì)接收到的信號(hào)強(qiáng)度值進(jìn)行累加，并且將累加結(jié)果發(fā)送出去。傳感器接收信號(hào)的周期也為T，并且傳感器在接收到多個(gè)目標(biāo)信號(hào)后，將其在一個(gè)周期內(nèi)接收到的信號(hào)的強(qiáng)度值進(jìn)行累加，得到該傳感器接收到多個(gè)目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度之和
Ym °在本申請(qǐng)實(shí)施例中，每個(gè)傳感器只需采集少量數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給融合模塊即可，這樣對(duì)傳感器的硬件要求較低，并且減少了網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)量從而可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命`S203 :融合模塊接收傳感器發(fā)送的累加結(jié)果yn。融合模塊在接收傳感器發(fā)送的累加結(jié)果時(shí)，可以接收M個(gè)傳感器中所有傳感器發(fā)送的累加結(jié)果，另外，在誤差范圍允許內(nèi)，還可以接收M個(gè)傳感器中部分傳感器發(fā)送的累加結(jié)果，這里部分傳感器的數(shù)量要求大于等于目標(biāo)數(shù)量的兩倍。S204 :融合模塊對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行初始化定位。融合模塊分別將多個(gè)目標(biāo)的位置假設(shè)為其所在網(wǎng)格的中心位置，并且將位于第N個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的坐標(biāo)假設(shè)為(Xn，yn)，其中1彡η彡N。S205 :融合模塊計(jì)算第m個(gè)傳感器接收到位于第η個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度Pm,
11°在無線信號(hào)傳輸過程中，由于陰影衰落效應(yīng)和多徑效應(yīng)等噪聲的影響，無線信號(hào)的接收信號(hào)強(qiáng)度受到較為嚴(yán)重的污染。大量實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，平均接收信號(hào)強(qiáng)度與信號(hào)傳輸距離之間的函數(shù)關(guān)系如公式I所示，
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，待定位區(qū)域?yàn)榉叫螀^(qū)域，并且待定位區(qū)域被劃分為N個(gè)網(wǎng)格，在所述方形區(qū)域內(nèi)隨機(jī)布設(shè)有M個(gè)傳感器，并已知每個(gè)傳感器的位置，并且多個(gè)目標(biāo)周期性地發(fā)射的信號(hào)，M個(gè)所述傳感器周期性地收集多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)，包括 接收每個(gè)所述傳感器將其每個(gè)周期T內(nèi)收集到的信號(hào)的強(qiáng)度值累加得到累加結(jié)果ym ； 分別將多個(gè)所述目標(biāo)的位置假設(shè)為其所在網(wǎng)格的中心位置，并且將位于第N個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)的坐標(biāo)假設(shè)為(xn，yn)，并計(jì)算第m個(gè)傳感器接收到位于第n個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度Pm,n，其中1≤m≤M，1≤n≤N; 根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度Pm, n構(gòu)建一個(gè)重構(gòu)矩陣，并且Ymx1 = CDmxnXnx1 ； 通過求解I1范數(shù)最小的最優(yōu)化問題對(duì)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)結(jié)果X， 計(jì)算重構(gòu)誤差，得到第一重構(gòu)誤差，并將所述第一重構(gòu)誤差與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較； 當(dāng)所述第一重構(gòu)誤差小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，確定多個(gè)所述目標(biāo)的位置為(xn，yn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收每個(gè)所述傳感器將其每個(gè)周期T內(nèi)收集到的信號(hào)的強(qiáng)度值累加得到累加結(jié)果ym，具體為 接收每個(gè)所述傳感器在周期時(shí)間片結(jié)束后、并且以多跳的方式將其每個(gè)周期T內(nèi)收集到的信號(hào)的強(qiáng)度值累加得到累加結(jié)果ym。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算第m個(gè)傳感器接收到位于第n個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度Pm,n，具體為 計(jì)算位于第N個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)假設(shè)的坐標(biāo)(xn，yn)與第m個(gè)傳感器的的坐標(biāo)(xm，Ym)之間的歐式距離Dnun; 根據(jù)平均接收信號(hào)強(qiáng)度與信號(hào)傳輸距離之間的關(guān)系，計(jì)算得到第m個(gè)傳感器接收到位于第n個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度Pm,n, 并且Pm, n = PcrlOnpIgUci)，其中Pm,n的單位為dBm，P0為在參考傳輸距離為Dtl時(shí)的接收信號(hào)強(qiáng)度，np為路徑衰減指數(shù)，D為傳輸距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述平均接收信號(hào)強(qiáng)度與信號(hào)傳輸距離之間的關(guān)系為 P = Pcl-1OnpIg(DzDci)，其中P為平均接收信號(hào)強(qiáng)度，單位為dBm，P0為在參考傳輸距離為Dtl時(shí)的接收信號(hào)強(qiáng)度，np為路徑衰減指數(shù)，D為傳輸距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，M個(gè)所述傳感器中全部或部分傳感器周期性地收集多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)，并且當(dāng)部分傳感器周期性手機(jī)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)時(shí)，部分傳感器的數(shù)量大于等于目標(biāo)數(shù)量的兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述第一重構(gòu)誤差大于預(yù)設(shè)值時(shí)，進(jìn)一步包括 將目標(biāo)所在的第N個(gè)網(wǎng)格均分為四個(gè)方形子網(wǎng)格，所述四個(gè)方形子網(wǎng)格的中心點(diǎn)分別為 A、B、C 和 D ; 將位于第N個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)的位置分別假設(shè)為A、B、C或D四個(gè)點(diǎn)，并根據(jù)假設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)分別計(jì)算第m個(gè)傳感器接收到位于第n個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度P’ ffl,n ； 根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度P’ m,n構(gòu)建一個(gè)重構(gòu)矩陣M，通過求解I1范數(shù)最小的最優(yōu)化問題對(duì)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)結(jié)果X’，計(jì)算重構(gòu)誤差，得到第二重構(gòu)誤差，并將所述第二重構(gòu)誤差與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較； 當(dāng)所述第二重構(gòu)誤差大于預(yù)設(shè)值時(shí)，將此次假設(shè)點(diǎn)所在的網(wǎng)格劃分成四個(gè)方形子網(wǎng)格，并重新構(gòu)建重構(gòu)矩陣，計(jì)算重構(gòu)誤差并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較； 當(dāng)所述第二重構(gòu)誤差小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，則確定所述目標(biāo)的位置確定為此次假設(shè)的坐標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于，若目標(biāo)的數(shù)量為已知，設(shè)為K，當(dāng)確定目標(biāo)的位置后，進(jìn)一步包括 確定定位得到的目標(biāo)的數(shù)量，并將所述目標(biāo)的數(shù)量與K進(jìn)行比較； 當(dāng)所述目標(biāo)的數(shù)量大于K，將得到所述重構(gòu)結(jié)果X或按照能量的分布特征劃分為K個(gè)聚類，并將每個(gè)聚類的元素中的最大值確定為定位結(jié)果。
8.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，其特征在于，待定位區(qū)域?yàn)榉叫螀^(qū)域，并且待定位區(qū)域被劃分為N個(gè)網(wǎng)格，多個(gè)目標(biāo)設(shè)置在所述待定位區(qū)域，并且周期性發(fā)射信號(hào)，包括:M個(gè)傳感器和融合模塊，其中 所述M個(gè)傳感器布設(shè)在待定位區(qū)域，每個(gè)傳感器的位置已知，所述M個(gè)傳感器周期性接收多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)，并且每個(gè)所述傳感器將其每個(gè)周期T內(nèi)收集到的信號(hào)的強(qiáng)度值累加得到累加結(jié)果ym發(fā)送給融合模塊； 所述融合模塊與所述M個(gè)傳感器相連接，所述融合模塊包括 接收單元，用于接收所述傳感器發(fā)送的累加結(jié)果ym ； 目標(biāo)位置初始化單元，用于分別將多個(gè)所述目標(biāo)的位置假設(shè)為其所在網(wǎng)格的中心位置，并且將位于第n個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)的坐標(biāo)假設(shè)為(xn，yn)； 信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算單元，用于計(jì)算第m個(gè)傳感器接收到位于第n個(gè)網(wǎng)格中的目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度Pm, n，其中Is^nSN ;重構(gòu)矩陣構(gòu)建單兀,用于根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度Pm,。構(gòu)建一個(gè)重構(gòu)矩陣，并且Ymx1 = OVnXnx1 ； 重構(gòu)單元，用于通過求解I1范數(shù)最小的最優(yōu)化問題對(duì)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)結(jié)果X ； 重構(gòu)誤差計(jì)算單元，用于計(jì)算重構(gòu)誤差，得到第一重構(gòu)誤差；重構(gòu)誤差比較單元，用于將所述第一重構(gòu)誤差與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較； 確定單元，用于當(dāng)所述比較單元比較得到所述第一重構(gòu)誤差小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，確定多個(gè)所述目標(biāo)的位置為(xn，yn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括 目標(biāo)位置調(diào)整單元，用于當(dāng)所述比較單元比較得到所述第一重構(gòu)誤差大于預(yù)設(shè)值時(shí)，將位于第N個(gè)網(wǎng)格中的所述目標(biāo)的位置分別假設(shè)為A、B、C或D四個(gè)點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括 優(yōu)化單元，用于確定目標(biāo)的位置后，確定定位得到的目標(biāo)的數(shù)量，將所述目標(biāo)的數(shù)量與已知目標(biāo)數(shù)量進(jìn)行比較，并且當(dāng)所述目標(biāo)的數(shù)量大于已知目標(biāo)數(shù)量時(shí)，將得到所述重構(gòu)結(jié)果X或按照能量的分布特征劃分為已知目標(biāo)數(shù)量的聚類，并將每個(gè)聚類的元素中的最大值確定為定位結(jié)果。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法及系統(tǒng)，包括接收傳感器收集到的信號(hào)的強(qiáng)度值的累加結(jié)果；分別將多個(gè)目標(biāo)的位置假設(shè)為其所在網(wǎng)格的中心，計(jì)算多個(gè)目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度，并構(gòu)建一個(gè)重構(gòu)矩陣，通過求解l1范數(shù)最小的最優(yōu)化問題對(duì)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)結(jié)果X，計(jì)算得到第一重構(gòu)誤差，并將第一重構(gòu)誤差與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；當(dāng)?shù)谝恢貥?gòu)誤差小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，確定多個(gè)目標(biāo)的位置。該方法中傳感器只需采集少量數(shù)據(jù)即可，對(duì)傳感器的硬件要求較低，并且減少了網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)量從而可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。另外該方法不僅可以對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行定位，而且還可以采用迭代回溯算法進(jìn)一步縮小多個(gè)目標(biāo)所在的區(qū)域范圍，提高了定位精度。
文檔編號(hào)H04W84/18GK103037503SQ20111030106
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者何風(fēng)行, 余志軍, 沈杰, 劉海濤 申請(qǐng)人:無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院, 無錫融格物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司