一种考虑测量误差的二维平面传感器定位方法及系统技术方案

本公开提供了一种考虑测量误差的二维平面传感器定位方法及系统。其中，考虑测量误差的二维平面传感器定位方法包括在整个二维平面的传感器网络中，选择三个位置已知的节点作为锚节点；利用多维标度法，计算待定位节点相对其所有邻节点的重心坐标；随机给待定位节点一个初始状态，并利用分布式迭代算法，通过有限次迭代计算待定位节点真实坐标的预测值。

A positioning method and system of two-dimensional plane sensor considering measurement error

【技术实现步骤摘要】
一种考虑测量误差的二维平面传感器定位方法及系统
本公开属于二维平面传感器定位领域，尤其涉及一种考虑测量误差的二维平面传感器定位方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。当前的传感器网络定位技术中，主要的定位方法是先通过某一方法求得未知位置的传感器节点关于其邻节点的重心坐标，然后在已知重心坐标的基础上，通过迭代算法求得该传感器节点的平面或者空间坐标。在求未知位置节点关于其邻节点的重心坐标的过程中，首先要测量的是该节点和其邻节点中的n个邻节点组成的n+1个节点中两两之间的距离(在二维空间中n＝3,三维空间中n＝4，并假设选取的这n个邻节点是两两分别可通信的)。在用传感器测量距离的过程中，由于传感器精度和一些其他因素的影响，不可避免的会出现一定的测量误差。这就需要定位方法具有很好的鲁棒性。专利技术人发现,现存的传感器定位技术只有在没有误差的理想情况下或者在测量误差相对较小的时候，才能得到接近真实位置的坐标。在用传感器定位的过程中，或多或少总会产生一些噪声，这些噪声主要是由一些影响传感器测量的不确定因素，如：人为因素、环境因素、传感器本身的测量精度等。在带有一定噪声的环境中，现存的传感器定位技术很难达到理想的准确度，无法很好的收敛到待定位节点的真实坐标附近。
技术实现思路
为了解决上述问题，本公开的第一个方面提供一种考虑测量误差的二维平面传感器定位方法，其在考虑一定程度的测量误差干扰的情况下，基于重心坐标解决二维平面分布式定位问题，提高了定位精度。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：一种考虑测量误差的二维平面传感器定位方法，包括：在整个二维平面的传感器网络中，选择三个位置已知的节点作为锚节点；利用多维标度法，计算待定位节点相对其所有邻节点的重心坐标；随机给待定位节点一个初始状态，并利用分布式迭代算法，通过有限次迭代计算待定位节点真实坐标的预测值。为了解决上述问题，本公开的第二个方面提供一种考虑测量误差的二维平面传感器定位系统，其在考虑一定程度的测量误差干扰的情况下，基于重心坐标解决二维平面分布式定位问题，提高了定位精度。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：一种考虑测量误差的二维平面传感器定位系统，包括：锚节点选择模块，其用于在整个二维平面的传感器网络中，选择三个位置已知的节点作为锚节点；重心坐标计算模块，其用于利用多维标度法，计算待定位节点相对其所有邻节点的重心坐标；定位节点坐标预测模块，其用于随机给待定位节点一个初始状态，并利用分布式迭代算法，通过有限次迭代计算待定位节点真实坐标的预测值。本公开的有益效果是：本公开在考虑一定程度的测量误差干扰的情况下，基于重心坐标解决二维平面分布式定位问题的方法，达到一种高精度、抗干扰、低成本的目的。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例提供的一个13个节点的传感器网络的示意图；图2为图1所示传感器网络无噪声时的迭代仿真示意图；图3为图1所示传感器网络带服从(-0.02，+0.02)均匀分布的噪声时的迭代仿真示意图；图4为图1所示传感器网络在带期望为0，方差为0.01的高斯噪声时的迭代仿真示意图；图5为本公开实施例提供的一个30节点的传感器网络示意图；图6为本公开实施例提供的30节点传感器网络，在带高斯噪声的情况下的迭代仿真示意图；图7为本公开实施例提供考虑测量误差的二维平面传感器定位方法流程图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例一术语解释:1、重心坐标重心坐标是描述某一点关于其他点的相对位置的几何概念。设i,j,k是二维平面中不共线的三个点，l是平面中另外一个点，pl,pj,pk和pl分别表示i,j,k,l四个点的欧几里得坐标，若存在三个实数ai,aj,ak满足pl＝alipi+aljpj+alkpk(1)ali+alj+alk＝1(2)则称ai,aj,ak为点l关于点i,j,k的重心坐标。2、多维标度法(MDS)多维标度法是将要计算的某一节点和它的n个邻节点组成的传感器网络子图A(在二维平面中n＝3，在三维空间中n＝4)，转化为另外一个子图B。图B中各节点之间的相对位置关系和图A是相同的。图A中的待定位节点关于其余节点的重心坐标是可以使用对应的面积比直接求得。在本实施例中考虑的是二维平面空间传感器网络的定位问题，因此在本实施例中图A是由待定位节点和它的三个可以互相通信的邻节点组成的。本实施例实施的前提条件为：假设一：已知位置的锚节点有三个，并且这三个锚节点不共线；假设二：对每个未知位置的传感器节点，其邻节点中至少有一组节点是可以互相两两通信的(在二维平面中一组包括三个节点)。如图7所示，本实施例的一种考虑测量误差的二维平面传感器定位方法，其包括：在整个二维平面的传感器网络中，选择三个位置已知的节点作为锚节点；利用多维标度法，计算待定位节点相对其所有邻节点的重心坐标；随机给待定位节点一个初始状态，并利用分布式迭代算法，通过有限次迭代计算待定位节点真实坐标的预测值。为了更清楚的说明多维标度法，下面举例说明多维标度法在二维平面的应用。在一个无线传感网络中，若待求节点和它的邻节点的节点标号分别为l,i,j,k(其中l是待求节点，i,j,k是l的邻节点)，且4个节点两两之间可以互相通信。用pl,pl,pj,pk分别表示节点l,i,j,k的平面欧几里得平面坐标，用多维标度法(MDS)计算Q。主要步骤如下：1.当已知节点之间的距离dij时，建立矩阵2.计算中心矩阵I表示4×4的单位向量，l4表示元素全为1的4维向量，表示l4的转置。3.计算矩阵4.进行奇异值分解X＝V∧UT其中V＝[V1,V2,V3,V4]∈R4×4是酉矩阵，∧是对角矩阵，其对角元素满足λ1≥λ2≥λ3≥λ4≥0，其中U也表示一个酉矩阵。5.取∧*＝diag(λ1,λ2)∈R2×2，V*＝[V1,V2]∈R4×26.计算...

【技术保护点】
1.一种考虑测量误差的二维平面传感器定位方法，其特征在于，包括：/n在整个二维平面的传感器网络中，选择三个位置已知的节点作为锚节点；/n利用多维标度法，计算待定位节点相对其所有邻节点的重心坐标；/n随机给待定位节点一个初始状态，并利用分布式迭代算法，通过有限次迭代计算待定位节点真实坐标的预测值。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑测量误差的二维平面传感器定位方法，其特征在于，包括：
在整个二维平面的传感器网络中，选择三个位置已知的节点作为锚节点；
利用多维标度法，计算待定位节点相对其所有邻节点的重心坐标；
随机给待定位节点一个初始状态，并利用分布式迭代算法，通过有限次迭代计算待定位节点真实坐标的预测值。


2.如权利要求1所述的考虑测量误差的二维平面传感器定位方法，其特征在于，三个位置已知的节点不共线。


3.如权利要求1所述的考虑测量误差的二维平面传感器定位方法，其特征在于，对每个未知位置的传感器节点，其邻节点中至少有一组节点是可以互相两两通信的；在二维平面中一组包括三个节点。


4.如权利要求1所述的考虑测量误差的二维平面传感器定位方法，其特征在于，利用多维标度法，计算待定位节点相对其所有邻节点的重心坐标的过程为：
对于待定位节点，找到它的所有邻节点；从它的邻节点中选择三个节点，判断该待定位节点和它的三个邻节点之间是否互相通信，若可以互相通信，则进行下一步，否则继续选择另外一组邻节点；
用传感器测量该待定位节点和它的三个邻节点中每两个节点之间的距离；
多维标度法计算得到矩阵Q，矩阵Q总共有4列，每列都是一个节点的坐标，进而计算该待定位节点关于它的三个邻节点的重心坐标；再计算待该待定位节点关于其所有邻节点的重心坐标。


5.如权利要求1所述的考虑测量误差的二维平面传感器定位方法，其特征在于，在用传感器测量该待定位节点和它的三个邻节点中每两个节点之间的距离的过程中，任意i和j两个节点之间的距离等于测量从i到j点之间距离与从j到i点之间距离之和的均值。


6.一种考虑测量误差的二维平...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炳昌，王天祥，梁勇，王峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37