一种基于确定性搜索的节点定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于确定性搜索的节点定位方法，其步骤包括：步骤101：确定搜索的初始点(x0,y0)和初始搜索半径step；步骤102:在以点(x0,y0)为圆心，r为半径的圆上确定n个搜索点；步骤103:计算目标函数在这n+1个点(包括圆心)的值；步骤104:更新(x0,y0)为使目标函数最小的点和r；步骤105:重复步骤102-104，直到r小于给定的阈值，停止搜索；步骤106:停止搜索后，使目标函数最小的点即为未知节点的定位位置。本发明专利技术有益的效果：该方法能够以较少的计算复杂度实现较高的定位精度，可以解决实际节点定位中定位精度和计算方法复杂度折衷的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于确定性搜索的节点定位方法
本专利技术属于无线通信
，主要是一种基于确定性搜索的节点定位方法。
技术介绍
定位技术按定位场景可分为室内定位和室外定位。室外定位技术的典型代表是美国的GPS定位系统、中国的北斗卫星导航系统、欧洲的伽利略导航系统等。室内定位技术的典型代表有微软的RADAR系统，苹果的iBeacon等。总体上，室外定位相对成熟，室内定位成为众多厂家竞争的焦点。定位技术按节点间距离计算方式可分为基于测距的定位和无需测距的定位。基于测距的定位需要采用某种测量方式测量未知节点与已知节点之间的距离，常用的测距方式包括RSSI测距、TDOA测距、AOA测距等；无需测距不需要测量未知节点与已知节点之间的距离，利用节点间的连接关系估计距离、甚至直接采用指纹方法计算未知节点的位置。定位技术按无线通信方式可将分为红外、蓝牙、WLAN(WiFi)、ZigBee、3G/4G、UWB等。一般而言，无线通信方式的通信距离越短，则其定位精度越高；反之，无线通信方式的通信距离越长，则其定位精度越低。目前，实现未知节点位置计算主要有两种方式，一种是利用未知节点与已知节点的距离进行计算；另一种是利用未知节点收到的已知节点的RSSI指纹进行指纹匹配。本专利技术主要涉及第一种计算方法，这种方法的分布式实现方式的数学模型为：设节点Si，其坐标(xi,yi)未知，它的一跳邻居节点中有m(一般假设m>＝3)个节点坐标(xj,yj)已知，j＝1,2,…,m；此时通过测距或者距离估计知道未知节点Si与已知节点Sj的距离为dij，那么节点Si的估计坐标(定位位置)可以通过最小化下式得到。上式的典型求解方法有似然估计方法、泰勒展开的最小二乘方法、线性规划方法、智能搜索方法等。这些方法要么存在计算不够精确，如似然估计方法；要么存在计算复杂度过高，如泰勒展开的最小二乘方法、线性规划方法、智能搜索方法等，从而限制了这些方法在实际应用中的使用情况。
技术实现思路
本专利技术要解决上述现有技术的缺点，提供一种基于确定性搜索的节点定位方法，能够以较少的计算复杂度实现较高的定位精度，可以解决实际节点定位中定位精度和计算方法复杂度折衷的问题。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案：这种基于确定性搜索的节点定位方法，包括以下步骤：步骤101、确定搜索的初始点(x0,y0)和初始搜索半径step；步骤102、在以点(x0,y0)为圆心，r为半径的圆上确定n个搜索点；步骤103、计算目标函数在这n+1个点的值，该n+1个点包括n个搜索点和圆心；步骤104、更新(x0,y0)为使目标函数最小的点和r；步骤105、重复步骤102-104，直到r小于给定的阈值，停止搜索；步骤106、停止搜索后，使目标函数最小的点即为未知节点的定位位置。更进一步的，在步骤101中，所述初始点(x0,y0)的确定方式如下：若该节点为初次定位，则采用质心定位方法计算(x0,y0)，如式(1)所示；其中，(xj,yj)为已知节点的坐标位置，m为已知节点的个数；若该节点不是初次定位，则采用它已知的位置作为初始点；初次搜索时，初始搜索半径step一般设置为[0.5R,R]之间，R为节点间单跳通信的半径。更进一步的，在步骤102中，所述n个搜索点的确定方式如下：初次搜索时，r取step，然后以点(x0,y0)为圆心，r为半径画圆；在该圆上等间隔取n个点，按式(2)计算这n个点的坐标；当k＝0时，取x(0)、y(0)为圆心(x0,y0)，这样共有n+1个点。更进一步的，在步骤103中，所述目标函数如下式(3)：更进一步的，在步骤104中，按式(4)计算目标函数在n+1个点的最小值，其中f(l)为最小值，l为对应的序号，即第l个点取得最小值。f(l)＝min{f(k),k＝0,1,…,n}(4)按式(5)更新(x0,y0)，按式(6)更新r；r＝α*r,α∈(0,1)(6)更进一步的，在步骤105中，若r>stop_th，则转到步骤102，重新开始新一轮的搜索；若r<stop_th，则停止搜索；其中stop_th为最小搜索步长。该搜索步长可以根据定位精度和定位复杂度要求进行设置。一般而言，stop_th越小，定位精度和定位复杂度都越高。本专利技术有益的效果是：该方法能够以较少的计算复杂度实现较高的定位精度，可以解决实际节点定位中定位精度和计算方法复杂度折衷的问题。附图说明图1是本专利技术定位问题模型；图2是本专利技术节点定位流程图；图3是本专利技术的具体实施案例一；图4是本专利技术的搜索过程示意图；图5是本专利技术与似然估计、粒子流方法实验结果比较图；图6是本专利技术与粒子流方法收敛过程比较图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示，节点0为未知节点，节点1～5为已知节点，即节点0的坐标未知，节点1～5的坐标已知；此外已知节点到未知节点的距为dij已知，即图1中的距离d1,0,d2,0,d3,0,d4,0,d5,0已知。二维平面定位问题就是在以上条件下，如何求出节点0的坐标。如图2为节点定位流程图，结合图3针对图2所公开的问题解决流程图给出具体实施方式。如图3所示，共有9个节点，其真实位置用圆圈表示。节点1～8为已知节点，其X坐标依次为[3.2258,7.8177,2.1706,5.7645,6.1320,1.2125,2.3598,0.6239,6.0000]；Y坐标依次为[2.5675,5.6377,8.8027,2.0686,5.9924,0.2024,1.0486,7.6764,7.0000]；到未知节点9的距离为[3.9004,1.5158,3.6370,5.2143,0.9062,6.0968,8.4731,4.6468]。本实施例中，假设R＝12.75。根据步骤101：计算初次搜索起点，设置初次搜索半径。具体实施方式如下：由于节点9是第一次定位，根据质心算法，按照公式(1)计算出来的初始点(x0,y0)为(3.6633,4.2495)，即图3中菱形标注的点1。搜索初始半径step设置为0.75R，即step＝9.5625。步骤102：计算搜索圈及其上的n个搜索点的坐标。具体实施方式如下：本实施例中，n设置为8。即在圆心为(3.9230,4.5552)，半径为r＝9.5625的圆周上等间隔取8个点。根据公式(2)：这8个点的坐标依次为：X坐标为[13.2258,10.4251,3.6633,-3.0984,5.8992,-3.0984,3.6633,10.4251]Y坐标为[4.2495,11.0112,13.8120,11.0112,4.2495,-2.5122,-5.3130,-2.5122]步骤103：计算在n+1(包括圆心)个搜索点上的目标函数值。具体实施方式如下：此步要把圆心也加入到搜索点中，加入完成后，新的n+1个搜索点的坐标为：X[3.6633,13.2258,10.4251,3.6633,-3.0984,5.8992,-3.0984,3.6633,10.4251]Y[4.2495,4.2495,11.0112,13.8120,11.0112,4.2495,-2.5122,-5.3130,-2.5122]然后，按照公式(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于确定性搜索的节点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤101、确定搜索的初始点(x0,y0)和初始搜索半径step；步骤102、在以点(x0,y0)为圆心，r为半径的圆上确定n个搜索点；步骤103、计算目标函数在这n+1个点的值，该n+1个点包括n个搜索点和圆心；步骤104、更新(x0,y0)为使目标函数最小的点和r；步骤105、重复步骤102‑104，直到r小于给定的阈值，停止搜索；步骤106、停止搜索后，使目标函数最小的点即为未知节点的定位位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于确定性搜索的节点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤101、确定搜索的初始点(x0,y0)和初始搜索半径step；步骤102、在以点(x0,y0)为圆心，r为半径的圆上确定n个搜索点；步骤103、计算目标函数在这n+1个点的值，该n+1个点包括n个搜索点和圆心；步骤104、更新(x0,y0)为使目标函数最小的点和r；步骤105、重复步骤102-104，直到r小于给定的阈值，停止搜索；步骤106、停止搜索后，使目标函数最小的点即为未知节点的定位位置；所述n个搜索点的确定方式如下：初次搜索时，r取step，然后以点(x0,y0)为圆心，r为半径画圆；在该圆上等间隔取n个点，按式(1)计算这n个点的坐标；当k＝0时，取x(0)、y(0)为圆心(x0,y0)，这样共有n+1个点。2.根据权利要求1所述的基于确定性搜索的节点定位方法，其特征在于，所述初始点(...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚英彪，陈新，严军荣，潘鹏，
申请(专利权)人：三维通信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33