【技术实现步骤摘要】
一种基于到达角度测距的协作定位方法及装置
本专利技术涉及定位
，特别是涉及一种基于到达角度测距的协作定位方法及装置。
技术介绍
基于信号到达角度的定位算法是一种常见的无线传感器网络节点定位算法。现有基于到达角度测距的定位方法为：首先，获取各待定位节点(位置未知的节点)接收参考节点(位置已知的节点)信号时的到达角度，得到各待定位节点接收参考节点信号时的到达角度测距。然后将所获取的到达角度测距与没有噪声的理论测距相减，该理论测距可以使用坐标进行表示，再最小化到达角度测距与理论测距相减结果的平方，将待定位节点的定位问题，确定为最小化到达角度测距与理论测距相减结果的平方的问题。最后，利用凸优化中的半正定规划，将待定位节点的定位问题转化为凸问题进行求解，得到待定位节点的坐标。实际应用中，在3维空间内，还需获取各待定位节点与参考节点之间的接收信号强度或接收信号到达时间。上述将所获取的到达角度测距与没有噪声的理论测距相减的步骤相应为：分别将所获取的到达角度测距与没有噪声的理论测距，所获取的接收信号强度与理论接收信号强度、所获...
【技术保护点】
1.一种基于到达角度测距的协作定位方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取当前待定位节点的初始位置坐标，所述初始位置坐标为卫星定位坐标；/n基于所述当前待定位节点与当前待定位节点的各邻居节点间的信号交互，获取所述当前待定位节点接收所述邻居节点信号时的到达角度；所述邻居节点包括：与所述当前待定位节点的通信半径小于预设阈值的，位置已知的节点和位置未知的节点；/n获取所述当前待定位节点的方向角；/n利用所获取的所述到达角度，所述初始位置坐标，以及所述方向角，使用梯度下降法更新所述当前待定位节点的初始位置坐标，得到所述当前待定位节点的当前位置坐标；/n当所述当前待定位节点的所述当前...
【技术特征摘要】
1.一种基于到达角度测距的协作定位方法，其特征在于，所述方法包括：
获取当前待定位节点的初始位置坐标，所述初始位置坐标为卫星定位坐标；
基于所述当前待定位节点与当前待定位节点的各邻居节点间的信号交互，获取所述当前待定位节点接收所述邻居节点信号时的到达角度；所述邻居节点包括：与所述当前待定位节点的通信半径小于预设阈值的，位置已知的节点和位置未知的节点；
获取所述当前待定位节点的方向角；
利用所获取的所述到达角度，所述初始位置坐标，以及所述方向角，使用梯度下降法更新所述当前待定位节点的初始位置坐标，得到所述当前待定位节点的当前位置坐标；
当所述当前待定位节点的所述当前位置坐标达到第一预设收敛条件时，将所述当前位置坐标确定为所述当前待定位节点的目标定位坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所获取的所述到达角度，所述初始位置坐标，以及所述方向角，使用梯度下降法更新所述当前待定位节点的初始位置坐标，得到所述当前待定位节点的当前位置坐标之后，所述方法还包括：
判断所述当前待定位节点的所述当前位置坐标是否达到第一预设收敛条件；
如果所述当前待定位节点的所述当前位置坐标没有达到第一预设收敛条件，则返回执行所述利用所获取的所述到达角度，所述初始位置坐标，以及所述方向角，使用梯度下降法更新所述当前待定位节点的初始位置坐标，得到所述当前待定位节点的当前位置坐标的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述当前待定位节点的方向角的步骤，包括：
利用所述当前待定位节点的初始位置坐标，及预设的最大似然估计算法，得到所述当前待定位节点的方向角；
所述当所述当前待定位节点的所述当前位置坐标达到第一预设收敛条件时，将所述当前位置坐标确定为所述当前待定位节点的目标定位坐标之后，所述方法还包括：
判断所述当前待定位节点的目标定位坐标是否达到第二预设收敛条件；
如果所述当前待定位节点的目标定位坐标达到第二预设收敛条件，则将所述当前待定位节点的目标定位坐标，确定为所述当前待定位节点的最终目标定位坐标；
如果所述当前待定位节点的目标定位坐标没有达到第二预设收敛条件，则将所述当前待定位节点的初始位置坐标更新为所述目标定位坐标，并执行利用所述当前待定位节点的初始位置坐标，及预设的最大似然估计算法，得到所述当前待定位节点的方向角的步骤。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，在所述当前待定位节点处于三维空间的情况下，所述利用所获取的所述到达角度，所述初始位置坐标，以及所述方向角，使用梯度下降法更新所述当前待定位节点的初始位置坐标的步骤，包括：
在所述到达角度在2π周期内的情况下，利用所述初始位置坐标，以及所述方向角，构建所述当前待定位节点接收所述邻居节点信号时的到达角度，所构建的到达角度表示为：
和
其中，表示所构建的第m个当前待定位节点接收到来自第n个节点的垂直方向到达角度，表示所构建的第m个当前待定位节点接收到来自第n个节点的水平方向到达角度，分别表示向量在第m个当前待定位节点的局部坐标系中x′轴、y′轴、z′轴上的投影，向量表示第m个当前待定位节点和第n个节点的坐标相减得到的向量，Vm表示的值是在以第m个当前待定位节点为原点建立的局部坐标系中，mn表示电磁波从第n个节点发出到第m个当前待定位节点接收的链路，dmn表示向量的长度；
将链路损耗的最小化目标函数表示为：
其中，θmn表示实际所获取的第m个当前待定位节点接收到来自第n个节点的水平方向到达角度，表示实际所获取的第m个当前待定位节点接收到来自第n个节点的垂直方向到达角度，lossA(θmn)表示实际获取水平方向到达角度的链路损耗，表示实际获取垂直方向到达角度的链路损耗，[N]表示当前待定位节点的集合，Rm表示第m个当前待定位节点的邻居节点的集合；
使用如下表达式更新所述当前待定位节点的初始位置坐标：
其中，λt表示第t次迭代的步长，分别表示第t次迭代中第m个当前待定位节点在世界坐标系x轴、y轴和z轴的坐标估计值，和分别表示xm、ym、zm的梯度方向；和的值，通过分别对所述最小化目标函数求xm、ym、zm的一阶导数得到。
5.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，在所述当前待定位节点处于三维空间的情况下，所述利用所获取的所述到达角度，所述初始位置坐标，以及所述方向角，使用梯度下降法更新所述当前待定位节点的初始位置坐标的步骤，包括：
在所述到达角度在π周期内的情况下，利用所述初始位置坐标，以及所述方向角，构建所述当前待定位节点接收所述邻居节点信号时的到达角度，所构建的到达角度表示为：
和
其中，表示所构建的第m个当前待定位节点接收到来自第n个节点的垂直方向到达角度，表示所构建的第m个当前待定位节点接收到来自第n个节点的水平方向到达角度，分别表示向量在第m个当前待定位节点的局部坐标系中x′轴、y′轴、z′轴上的投影，向量表示第m个当前待定位节点和第n个节点的坐标相减得到的向量，Vm表示的值是在以第m个当前待定位节点为原点建立的局部坐标系中，mn表示电磁波从第n个节点发出到第m个当前待定位节点接收的链路，dmn表示向量的长度；
将链路损耗的最小化目标函数表示为：
其中，约束条件为gmn∈[0,1]，θmn表示实际所获取的第m个当前待定位节点接收到来自第n个节点的水平方向到达角度，表示实际所获取的第m个当前待定位节点接收到来自第n个节点的垂直方向到达角度，lossA(θmn)，lossA(-θmn)表示实际获取...
【专利技术属性】
技术研发人员：王生楚，姜贤波，聂珂，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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