一种基于几何特征的启发式光电-雷达传感器部署方法技术

本发明专利技术公开了一种基于几何特征的启发式光电

【技术实现步骤摘要】
一种基于几何特征的启发式光电
‑
雷达传感器部署方法


[0001]本专利技术涉及光电
‑
雷达传感器网络、传感器节点部署等
，特别是指一种基于几何特征的启发式光电
‑
雷达传感器部署方法。

技术介绍

[0002]无线传感器网络具备实用性高、设置灵活、可扩展性强等优势，通过多跳、自组织或者协作的方式进行通信和信息传输，自主智能地感知周围环境并完成目标任务，在边境防护、海域防走私、运动跟踪、军情监控等领域有着重要的作用。对于面向边境防护的光电
‑
雷达传感器网络中的节点，部署技术可以通过多种途径将固定的、随机的或者动态可移动的节点布置到监测区域中。采用不同的网络节点部署方式，会对网络的拓扑结构、连通性、网络生存期和服务质量带来巨大的影响。由于有向传感器节点感知范围的局限性特征，其感知能力与节点距离目标对象的距离、相对位置有很大关系。近年来智能算法的兴起和发展为解决复杂问题提供了新的思路和手段。文献中指出，可以利用遗传算法和模拟退火算法求解无线传感器网络的构成优化问题。但它们的收敛速度和搜索时间还有待于进一步地改善。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供一种基于几何特征的启发式光电
‑
雷达传感器部署方法，该方法不需要复杂的优化迭代过程，可以近似得到最佳部署方案。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0005]一种基于几何特征的启发式光电
‑
雷达传感器部署方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，获取能够覆盖待监测区域的最小矩形，假设最小矩形的长度为Length，宽度为Width；
[0007]步骤2，按照感知方向相反的传感器两两相对的方式进行部署，实现对最小矩形的全域覆盖，计算所需传感器的数量；其中，感知方向为90
°
的传感器数量num
90
°
和感知方向为
‑
90
°
的传感器数量num
‑
90
°
分别为：
[0008][0009][0010]式中，R为传感器感知半径，l为相邻的两个感知方向相反的传感器位置的横向距离，X
90
°
、Y
90
°
分别为感知方向为90
°
的传感器的横向数量和纵向数量，X
‑
90
°
、Y
‑
90
°
分别为感知方向为
‑
90
°
的传感器的横向数量和纵向数量；
[0011]步骤3，计算传感器部署位置；具体方式为：以最小矩形的左上角为原点，计算感知
方向为90
°
的传感器位置和感知方向为
‑
90
°
的传感器位置分别为：
[0012][0013][0014]式中，i1∈[1,X
90
°
],i1∈Z，j1∈[1,Y
90
°
],j1∈Z，代表感知方向为90
°
的传感器的横向序号和纵向序号；i2∈[1,X
‑
90
°
],i2∈Z，j2∈[1,Y
‑
90
°
],j2∈Z，代表感知方向为
‑
90
°
的传感器的横向序号和纵向序号，Z表示整数集；
[0015]步骤4，根据步骤3得到的传感器部署位置对传感器进行部署，实现对待监测区域的完全覆盖。
[0016]本专利技术具有如下有益效果：
[0017]1、本专利技术针对基于全域覆盖的传感器网络节点部署问题，提出了启发式的确定性静态节点部署方案。根据待监测区域、传感器感知范围等几何特征信息，直观地设计出最佳的节点部署方案，得到节点位置、感知方向等信息。
[0018]2、本专利技术可针对具体的应用场景，设计可行的节点部署方案。不需要复杂的优化迭代过程，就可以得到最佳部署节点个数的下界。
附图说明
[0019]图1为传感器部署方式示意图。
[0020]图2为光电
‑
雷达感知模型示意图。
[0021]图3为全域覆盖节点部署方案。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术做进一步的详细说明。
[0023]一种基于几何特征的启发式光电
‑
雷达传感器部署方法，包括以下步骤：
[0024]步骤1：获取待监测区域。在大尺度下，不平整的边境线可以近似为平稳的直线段，对不规则的待监测区域，使用最小覆盖矩形算法得到能够覆盖待监测区域的最小矩形，用旋转卡壳的思想枚举每条边，并找对应的最左、最右、最上方的一个点，即可找到面积最小的矩形。因此，可以假设待监测边境平面区域是一个长度为Length，宽度为Width的矩形区域；
[0025]步骤2：计算所需传感器数量。按照感知方向相反的传感器两两相对的方式进行部署，如图1所示，即可完成全域覆盖。根据矩形区域的几何特征计算所需传感器数量，所需感知方向为90
°
传感器数量num
90
°
和感知方向为
‑
90
°
传感器数量num
‑
90
°
分别为：
[0026][0027][0028]其中：R为传感器感知半径，l为相邻的两个感知方向相反的传感器位置的横向距离，X
90
°
、Y
90
°
分别为感知方向为90
°
的传感器的横向数量和纵向数量，X
‑
90
°
、Y
‑
90
°
分别为感知方向为
‑
90
°
的传感器的横向数量和纵向数量。因此，num
90
°
+num
‑
90
°
个传感器即可完成待监测区域的全域覆盖。
[0029]步骤3：计算传感器部署位置。以待监测矩形区域左上角为原点，感知方向为90
°
传感器位置和感知方向为
‑
90
°
传感器位置分别为：
[0030][0031][0032]其中，i1∈[1,X
90
°
],i1∈Z，j1∈[1,Y
90
°
],j1∈Z，代表感知方向为90
°
的传感器的横向序号和纵向序号；i2∈[1,X
‑
90
°
],i2∈Z，j2∈[1,Y
‑
90
°
],j2∈Z，代表感知方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于几何特征的启发式光电
‑
雷达传感器部署方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取能够覆盖待监测区域的最小矩形，假设最小矩形的长度为Length，宽度为Width；步骤2，按照感知方向相反的传感器两两相对的方式进行部署，实现对最小矩形的全域覆盖，计算所需传感器的数量；其中，感知方向为90
°
的传感器数量num
90
°
和感知方向为
‑
90
°
的传感器数量num
‑
90
°
分别为：分别为：式中，R为传感器感知半径，l为相邻的两个感知方向相反的传感器位置的横向距离，X
90
°
、Y
90
°
分别为感知方向为90
°
的传感器的横向数量和纵向数量，X
‑
90
°
、Y
‑
90
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁振兴，陈浩，贾昊，骆连合，朱立东，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：