一种面向TDOA的定位节点优选方法技术
【技术实现步骤摘要】
一种面向TDOA的定位节点优选方法
本专利技术属于信号处理
，涉及一种无线传感器网络被动定位，具体涉及一种面向TDOA的定位节点优选方法，可用于筛选出面向TDOA定位的节点组合，以提升定位精度性能。
技术介绍
目前定位技术广泛应用在环境监测、应急救援工作、公共安全和无线通信系统中。常用的被动定位技术主要基于到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、接收信号强度(RSS)和到达角度(AOA)。对静止目标源定位主要采用基于TDOA的定位技术。在基于TDOA定位的无线传感器网络中，传感器节点通常被放置在恶劣的环境下，因此必须要考虑能量消耗和节点网络布局。首先，多个传感器节点需要协同工作，由于能源、带宽和网络寿命的限制，大量传感器节点参与定位不仅不能很好的改善定位性能，反而会增加系统复杂性和能量消耗；其次，在基于TDOA的跟踪场景下，必须根据目标源的移动轨迹选择出最优的节点网络布局。因此，采用有效的节点选择方法去平衡定位精度和能量消耗之间的关系是至关重要的。基于不同的目的，现有的技术中提出了许多节点选择方法。在非线性测量模型中，S.P.Chepuri等人在IEEE...
【技术保护点】
一种面向TDOA的定位节点优选方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取高斯白噪声n的协方差矩阵Q：(1a)由TDOA估计理论，推导TDOA估计误差的克拉美罗界
【技术特征摘要】
1.一种面向TDOA的定位节点优选方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取高斯白噪声n的协方差矩阵Q：(1a)由TDOA估计理论，推导TDOA估计误差的克拉美罗界(1b)将参考节点的接收信噪比γ1带入得到TDOA估计误差的克拉美罗界(1c)将作为高斯白噪声n的协方差矩阵Q的主对角线元素，得到高斯白噪声n的协方差矩阵Q；(2)TDOA估计，得到到达距离差向量r：(2a)设定定位场景：假设TDOA定位场景中有M个传感器节点和一个位置未知的目标源，M个传感器节点的位置坐标为si＝[xi,yi,zi]T,i＝1,2,...,M，将位置坐标s1处的节点作为参考节点，目标源位置坐标为u＝[x,y,z]T；(2b)估计到达距离差ri1：在传感器网络中，通过估计目标源发射的信号在传输到第i个传感器节点和参考节点之间的时间差得到目标源到达第i个传感器节点和参考节点之间的距离差ri1：其中，c为信号的传播速度，||·||表示欧几里得范数，(·)0表示对应的真实值，ni1是零均值的高斯白噪声；(2c)将所有的到达距离差ri1整理在一个向量中，得到到达距离差向量r：r＝r0+n(1)其中r＝[r21,r31,...rM1]T，r0是r对应的真实值，n是协方差矩阵为Q的高斯白噪声；(3)获取目标源位置坐标u的闭式解：(3a)设定辅助参量θ1＝[uT,r1]T，并利用θ1对式(1)进行伪线性化处理，得到伪线性化方程；(3b)采用加权最小二乘算法求解伪线性化方程，得到辅助参量θ1的值；(3c)对辅助参量θ1的值进行优化，得到优化后的辅助参量θ2；(3d)分析优化后的辅助参量θ2和目标源位置坐标u的关系,得到目标源位置坐标u的闭式解：其中，U＝diag{sgn(θ1(1：3)-s1)}；(4)根据目标源位置坐标u的闭式解，计算定位误差的协方差矩阵cov(u)；(5)构建节点选择的半正定规划函数：(5a)引入布尔向量z，并利用z和定位误差的协方差矩阵cov(u)构建已选节点的定位误差的协方差矩阵的逆矩阵Jz；(5b)对矩阵Jz取逆，得到矩阵Pz，并对矩阵Pz的迹进行最小化，得到节点选择的最优化函数mintr(Pz)：mintr(Pz)s.t.1Tz＝k-1zi∈{0,1}M-1,i＝2,...,M其中，1Tz＝k-1表示从M-1个传感器节点中筛选出k-1个节点；(5c)将zi∈{0,1}M-1松弛为凸约束条件zi∈[0,1]M-1，得到节点选择的最优化函数mintr(Pz)：mintr(Pz)s.t.1Tz＝k-1zi∈[0,1]M-1,i＝2,...,M(5d)设定大小和Pz相同的辅助矩阵Y，并通过Y将mintr(Pz)转化为半正定规划函数mintr(Y)：mintr(Y)s.t.1Tz＝k-1zi∈[0,1]M-1,i＝2,...,M其中，(6)获取最优定位节点：求解半正定规划函数mintr(Y)，得到布尔向量z，并从向量z中筛选出前k-1个权重值最大的节点作为最优定位节点。2.根据权利要求1所述的一种面向T...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝本建，王林林，李赞，赵越，万鹏武，安迪，牛晓雷，乔涛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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