一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位系统，包括一个主基站、多个从基站、多个中继无线传感器节点以及众多普通无线传感器节点；中继无线传感器节点和普通无线传感器节点会对实时的惯性、速度、方向、多个RSSI数据进行采集，并通过多信息融合及交替误差最小化处理模块按照内置的算法，对多个定位数据进行有效融合，最终确定该节点当前的位置信息，本发明专利技术充分结合了节点的多种传感器采集的定位数据，可实现对节点的动态的高精度定位。本发明专利技术还公开一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位方法，通过多信息定位数据构建交替误差最小化模型，实现多种定位数据的有效融合，提高了无线传感器网络节点的定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位方法及系统
：本专利技术涉及无线传感器节点的定位方法即系统，尤其涉及一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位方法及系统。
技术介绍
：无线传感器网络(WSN,WirelessSensorNetwork)是由许多无线传感器节点组成的分布式网络，无线传感器节点的作用是收集、处理、传输环境中的有用信息，比如温度、湿度、振动信息等等。由于WSN具有无线通信、灵活性高、价格低廉和自组织等特点，WSN逐渐在多个应用领域中起到了越来越重要的作用。无线传感器节点自身定位就是根据少数已知位置的节点，按照某种定位算法确定节点自身的位置，从而进行相应的事件响应。只有在无线传感器节点自身位置正确估计后，才能有效确定无线传感器节点监测到的事件发生的具体位置。同时多个无线传感器节点相互协作，将监测到的数据进行融合，来进行事件决策。同时根据事件决策结果，确定无线传感器网络中各个节点的移动轨迹，调整无线传感器节点的分布状态。可以说，没有位置信息的监测数据毫无意义，因而无线传感器节点的位置信息对于整个无线传感器网络来说至关重要。目前无线传感器网络的定位技术包括：全球定位系统(GPS，GlobalPositionSystem)、电磁导航、惯性导航、射频信号强度定位技术。全球定位系统(GPS，GlobalPositionSystem)是目前应用最为广泛的定位系统，具有定位精度高、实时性好、抗干扰能力强等优点。但是GPS定位系统适用于无遮挡的室外开阔场景，在有遮挡的场景中，几乎失效。同时GPS的功耗大，成本高，不适用于低成本的自组织的无线传感器网络.电磁导航是在工作区域的地面下约20-30毫米处嵌入特制的金属导航信号线。其原理是通过在无线传感器节点上左右两端各安装一个传感器，用来检测信号，进而控制无线传感器节点沿预定轨道移动。缺点是导航线一经铺设便固定，难以更改或扩展，在环境复杂的路径导航中，这种方式的局限性相对较大。惯性导航是通过测量载体相对于惯性参考系的角速率和加速度信息，可以自动解算出载体当前的位置信息、速度信息和姿态信息等全部导航、制导参数，且具有不依赖于外界环境、不易受到干扰、定位精度高的优点。其缺点是容易产生累计定位误差。射频信号强度(RSSI)定位技术是一种通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度，通过差分算法，来比较精准地对人和车辆的进行三角定位。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度，通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库，来确定位置。尽管RSSI定位方式实施简单，但是定位误差比较大，精确度低。综上所述，现有无线传感器节点定位技术一般都是利用一种定位技术或者两种定位技术的结合，从而实现节点的定位，一旦节点中某一个定位方式误差比较大时，对定位结果会产生很大的影响，存在定位可靠度差，精准度不高的问题。
技术实现思路
：本专利技术的第一个目的在于提供一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位系统。本专利技术的第二个目的在于提供一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位方法。本专利技术的第一个目的由如下技术方案实施：一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位系统，包括一个主基站、多个从基站、多个中继无线传感器节点以及众多普通无线传感器节点；主基站和从基站的位置均固定不动；中继无线传感器节点和普通无线传感器节点均为移动节点；中继无线传感器节点和普通无线传感器节点的物理结构相同，均包括移动装置、射频传感器、惯性传感器、速度传感器、方向传感器以及多信息融合及交替误差最小化处理模块；普通无线传感器节点的多信息融合及交替误差最小化处理模块将该节点的位置信息发送给中继无线传感器节点的多信息融合及交替误差最小化处理模块，中继无线传感器节点的多信息融合及交替误差最小化处理模块将接收到的普通无线传感器节点位置信息以及该中继无线传感器节点的位置信息发送给从基站，从基站将接收到的普通无线传感器节点位置信息以及中继无线传感器节点的位置信息发送给主基站；主基站根据接收到的普通无线传感器节点位置信息以及中继无线传感器节点的位置信息，规划普通无线传感器节点和中继无线传感器节点的运动轨迹，并将规划好的运动轨迹作为控制指令发送给主基站通信范围内的从基站，从基站将接收到的控制指令发送给该从基站通信范围内的中继无线传感器节点的移动装置和普通无线传感器节点的移动装置。本专利技术的第二个目的由如下技术方案实施：一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位系统进行定位的方法，包括以下步骤：(a)采集多信息定位数据：由每一个无线传感器节点采集到的其在某一时刻对应的n个多种类型的定位数据，分别表示为si,(i＝1,2,……,n)；(b)计算位置测量变化率：由多信息融合及交替最小化误差处理模块对步骤(a)采集多信息定位数据中采集到的某一时刻的n个定位数据和上一时刻的n个定位数据进行计算，得到n个位置测量变化率Δsi,(i＝1,2,……,n)；(c)求解位置真实变化率：假设位置真实变化率为建立位置测量变化率Δsi与位置真实变化率为之间的评价机制，构建含有权重因子ωi,(i＝1,2,……,n)的定位交替误差最小化模型，通过梯度下降法交替求解出当前时刻的位置真实变化率和权重因子ωi；(d)计算当前位置信息：通过步骤(c)求解位置真实变化率中得到的n个位置真实变化率结合上一时刻该节点的位置信息，确定该节点的当前位置信息；(e)数据传输：将每一个无线传感器节点对应的位置信息发送给主基站。进一步的，所述步骤(a)采集多信息定位数据中，无线传感器节点包括多个中继无线传感器节点以及众多普通无线传感器节点。进一步的，所述步骤(b)计算位置测量变化率中，其中，表示在t时刻的n个多种类型的定位数据，表示在t-1时刻的n个多种类型的定位数据。进一步的，所述(c)求解位置真实变化率中，位置测量变化率Δsi与位置真实变化率为之间的评价机制进一步的，所述(c)求解位置真实变化率中，定位交替误差最小化模型其中，ωi为与某一时刻的n个多种类型的定位数据si,(i＝1,2,……,n)相对应的n个权重因子，且进一步的，在所述步骤(d)计算当前位置信息与步骤(e)数据传输之间还包括步骤(g)预测下一时刻的位置信息：将过去的一个时间段内的多个位置信息通过卡尔曼滤波算法实现对未来的位置信息的预测。进一步的，所述步骤(e)数据传输中，普通无线传感器节点对应的位置信息发送给中继无线传感器节点，中继无线传感器节点将接收到的普通无线传感器节点对应的位置信息以及该中继无线传感器节点对应的位置信息发送给从基站，再由从基站将接收到的上述位置信息发送给主基站。本专利技术的优点：本专利技术提出的系统，中继无线传感器节点和普通无线传感器节点会对实时的惯性、速度、方向数据进行采集，并通过多信息融合及交替最小化误差处理模块按照内置的算法，对多个定位数据进行有效融合，最终确定该节点当前的位置信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位系统，其特征在于，包括一个主基站、多个从基站、多个中继无线传感器节点以及众多普通无线传感器节点；/n主基站和从基站的位置均固定不动；中继无线传感器节点和普通无线传感器节点均为移动节点；/n中继无线传感器节点和普通无线传感器节点的物理结构相同，均包括移动装置、射频传感器、惯性传感器、速度传感器、方向传感器以及多信息融合及交替误差最小化处理模块；/n普通无线传感器节点的多信息融合及交替误差最小化处理模块将该节点的位置信息发送给中继无线传感器节点的多信息融合及交替误差最小化处理模块，中继无线传感器节点的多信息融合及交替误差最小化处理模块将接收到的普通无线传感器节点位置信息以及该中继无线传感器节点的位置信息发送给从基站，从基站将接收到的普通无线传感器节点位置信息以及中继无线传感器节点的位置信息发送给主基站；/n主基站根据接收到的普通无线传感器节点位置信息以及中继无线传感器节点的位置信息，规划普通无线传感器节点和中继无线传感器节点的运动轨迹，并将规划好的运动轨迹作为控制指令发送给主基站通信范围内的从基站，从基站将接收到的控制指令发送给该从基站通信范围内的中继无线传感器节点的移动装置和普通无线传感器节点的移动装置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位系统，其特征在于，包括一个主基站、多个从基站、多个中继无线传感器节点以及众多普通无线传感器节点；
主基站和从基站的位置均固定不动；中继无线传感器节点和普通无线传感器节点均为移动节点；
中继无线传感器节点和普通无线传感器节点的物理结构相同，均包括移动装置、射频传感器、惯性传感器、速度传感器、方向传感器以及多信息融合及交替误差最小化处理模块；
普通无线传感器节点的多信息融合及交替误差最小化处理模块将该节点的位置信息发送给中继无线传感器节点的多信息融合及交替误差最小化处理模块，中继无线传感器节点的多信息融合及交替误差最小化处理模块将接收到的普通无线传感器节点位置信息以及该中继无线传感器节点的位置信息发送给从基站，从基站将接收到的普通无线传感器节点位置信息以及中继无线传感器节点的位置信息发送给主基站；
主基站根据接收到的普通无线传感器节点位置信息以及中继无线传感器节点的位置信息，规划普通无线传感器节点和中继无线传感器节点的运动轨迹，并将规划好的运动轨迹作为控制指令发送给主基站通信范围内的从基站，从基站将接收到的控制指令发送给该从基站通信范围内的中继无线传感器节点的移动装置和普通无线传感器节点的移动装置。


2.利用权利要求1所述的一种基于多信息融合的移动无线传感器节点定位系统进行定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)采集多信息定位数据：由每一个无线传感器节点采集到的其在某一时刻对应的n个多种类型的定位数据，分别表示为si,(i＝1,2,……,n)；
(b)计算位置测量变化率：由多信息融合及交替最小化误差处理模块对步骤(a)采集多信息定位数据中采集到的某一时刻的n个定位数据和上一时刻的n个定位数据进行计算，得到n个位置测量变化率Δsi,(i＝1,2,……,n)；
(c)求解位置真实变化率：假设位置真实变化率为建立位置测量变化率Δsi与位置真实变化率为之间的评价机制，构建含有权重因子ωi,(i＝1,2,……,n)的定位交替误差最小化模型，通过梯度下降法交替求解出当前时...

【专利技术属性】
技术研发人员：白红英，李广华，王琪，麻付强，张晓彤，王慧，雷达，梁志成，司马傲蕾，
申请(专利权)人：鄂尔多斯应用技术学院，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15