一种制造技术

本发明专利技术属于无线网络导航定位技术领域，本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种MDS定位中基于PSO算法的锚节点配置方法


[0001]本专利技术属于导航定位
，具体涉及一种
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，能够广泛应用于航天航空
、
测控
、
无线传输等无线网络定位

。

技术介绍

[0002]在无线传感器网络中，位置信息是其他应用的基础
。
随着无线传感器技术和测距技术的提高，对定位精度的要求也越来越高
。
例如在无人机组网中，无人机定位精度需要到达分米级甚至厘米级
。
多维尺度方法
(MDS)
由于其高精度和稳定性广泛被应用于无线传感器定位中，但
MDS
定位得到的各个节点间的相对坐标，要得到各个节点的绝对坐标有赖于锚点将各个节点的相对坐标从相对坐标系对齐到绝对坐标系中
。
但锚节点的配置会同时影响定位过程和对齐过程的精度，甚至在锚点几何构型不佳的情况下甚至会导致定位失败
。
为了解除这个限制，迫切需要合适的算法来解决这一类定位方法中的锚节点配置问题
。
[0003]虽然目前有一些现有技术进行锚节点配置，但是其还存在如下问题：其均并不能解决适用于所有节点运动或静止的场景，对于
TOA、TDOA、RSS
等测距方法均适用，并且仅需要节点间连通性和测距信息，不依赖于任何外部先验信息的方法，特别是在无线传感器测距范围有限的情况下，提供一种高精度定位的方案，能够应用于对定位精度有较高要求或
GPS
失效的场景，并且能够同时满足实时性与定位精度的要求
。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服现有技术的不足，提供一种集中式的
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，其是一种有锚无线传感器网络中锚点部署的方法，采用新的步骤和算法模型
、
软硬件配合，使其能够适用于所有节点运动或静止的场景，对于
TOA、TDOA、RSS
等测距方法均适用，并且仅需要节点间连通性和测距信息，不依赖于任何外部先验信息的方法，特别是在无线传感器测距范围有限的情况下，提供了一种新的高精度定位的方案，能够应用于对定位精度有较高要求或
GPS
失效的场景，以解决上述问题
。
[0005]本专利技术的目的，通过以下的技术方案实现：
[0006]一种
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，其特征在于，其包括如下步骤：
[0007]S1
：构造优化函数
[0008]根据锚节点与未知节点的相对构型和锚节点的几何构型构造目标函数；
[0009]S2
：数据收集
[0010]在固定地图中，
n
个未知节点和所有粒子构成的网络中，每个粒子作为待选的三个锚点，得到每个未知节点和每个粒子之间的邻接矩阵，同时记录每个粒子中锚点三角形的面积和最大主角：
[0011]S3
：求解优化函数
[0012]每个粒子在地图空间中随机运动，不断更新粒子位置和速度，记录每个粒子在不同位置的适应度值，通过比较当前适应度值和个体极值和全局极值的大小，不断更新个体
极值和所有粒子的全局极值，得到最佳的锚点配置；
[0013]S4
：进行所有未知节点和锚点之间的测距
[0014]对于每个未知节点和锚点，与邻居节点进行测距，得到节点和邻居节点之间距离；
[0015]S5
：求解所有节点和锚点的相对位置坐标
[0016]S6
：得到未知节点绝对位置的最优估计
[0017]根据步骤
S5
得到的相对坐标，通过锚点的相对坐标和绝对坐标，利用普氏分析方法，求解出旋转矩阵
、
缩放因子和平移矩阵，将所有节点对齐到绝对坐标系中，得到未知节点绝对位置的最优估计，完成基于
PSO
算法的锚节点配置
。
[0018]本专利技术与现有技术相比，至少存在以下优点：
[0019]1、
本专利技术提出的
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，提供一种集中式的
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，其是一种有锚无线传感器网络中锚点部署的方法，采用新的步骤和算法模型
、
软硬件配合，使其能够适用于所有节点运动或静止的场景，对于
TOA、TDOA、RSS
等测距方法均适用，并且仅需要节点间连通性和测距信息，不依赖于任何外部先验信息的方法，特别是在无线传感器测距范围有限的情况下，提供了一种新的高精度定位的方案，能够应用于对定位精度有较高要求或
GPS
失效的场景，以解决上述问题
。
[0020]2、
本专利技术提供的方法，其通过多个步骤
、
多种算法模型
、
软硬件的相互配合，无需待测节点的绝对位置等先验信息，只需利用网络中各个节点的连通信息和测距信息来部署锚点
。
定位速度快
、
准确性好，具有广阔推广的应用价值，能够适用于航天航空
、
无人机控制
、
无线网络等多个

。
[0021]3、
本专利技术充分考虑
MDS
定位中相对坐标求取误差和配准过程误差，用
PSO
算法求取锚节点的最佳位置，适用于锚节点有限情况下，在地图上优化部署锚节点
。
其不需要未知节点的任何绝对先验信息，仅需未知节点间的连通信息和测距信息
。
具有精度高
、
收敛快的优点，具有广泛推广的应用价值
。
附图说明
[0022]以下结合附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图
。
[0023]图1是本专利技术实施例锚点配置的示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法的流程示意图
。
具体实施方式
[0025]以下结合附图及具体实施例对
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本专利技术不限定于这些实施例中
。
[0026]实施例1[0027]参见图1‑
图2，本实施例提供的
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，锚节点部署过程在未知节点的相对坐标系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1
：构造优化函数根据锚节点与未知节点的相对构型和锚节点的几何构型构造目标函数；
S2
：数据收集在固定地图中，
n
个未知节点和所有粒子构成的网络中，每个粒子作为待选的三个锚点，得到每个未知节点和每个粒子之间的邻接矩阵，同时记录每个粒子中锚点三角形的面积和最大主角：
S3
：求解优化函数每个粒子在地图空间中随机运动，不断更新粒子位置和速度，记录每个粒子在不同位置的适应度值，通过比较当前适应度值和个体极值和全局极值的大小，不断更新个体极值和所有粒子的全局极值，得到最佳的锚点配置；
S4
：进行所有未知节点和锚点之间的测距对于每个未知节点和锚点，与邻居节点进行测距，得到节点和邻居节点之间距离；
S5
：求解所有节点和锚点的相对位置坐标
S6
：得到未知节点绝对位置的最优估计根据步骤
S5
得到的相对坐标，通过锚点的相对坐标和绝对坐标，利用普氏分析方法，求解出旋转矩阵
、
缩放因子和平移矩阵，将所有节点对齐到绝对坐标系中，得到未知节点绝对位置的最优估计，完成基于
PSO
算法的锚节点配置
。2.
根据权利要求1所述的
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，其特征在于，所述的步骤
S1
构造优化函数，其具体还包括如下步骤：根据锚节点与未知节点的相对构型和锚节点的几何构型构造目标函数
F(X
a
)
，其中
X
a
为锚节点位置，同时生成
80
个粒子，记为
X
pso
，
X
pso
＝
[x
pso,1
,x
pso,2
，
…
,x
pso,i
]
T
,i
＝
1,2,3,...,80
，对于每个粒子
X
pso,i
，即三个锚点的坐标矩阵；将优化函数构造为：其中
X
a
为锚点绝对坐标；
W
zero
为邻接矩阵中出去对角线外0元素个数；
W
all
为邻接矩阵中除对角线外，所有元素个数，对于
N
个节点组成的网络，
W
all
＝
N
×
(N
‑
1)
；
S
anchor
为锚点三角形的面积，
S
map
为地图面积
。3.
根据权利要求1所述的
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，其特征在于，所述的步骤
S2
数据收集，其具体还包括如下步骤：在固定地图中，
n
个未知节点和所有粒子构成的网络中，每个粒子作为待选的三个锚点，对于每个未知节点和待选锚点，向邻居节点进行通信，得到未知节点和每个粒子之间的邻接矩阵
W
pso,i
，同时记录每个粒子中锚点三角形的面积
S
anchor
和最大主角
A
max
：
4.
根据权利要求1所述的
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，其特征在于，所述的步骤
S3
求解优化函数，其具体还包括如下步骤：每个粒子在地图空间中随机运动，不断更新粒子位置和速度，记录每个粒子在不同位置的适应度值，通过比较当前适应度值和个体极值和全局极值的大小，不断更新个体极值和所有粒子的全局极值，最终输出全局极值和全局极值对象的粒子，将该粒子作为最优锚点集：即可得到最佳的锚点配置
。5.
根据权利要求1所述的
MDS
定位中基于
PSO
算法的锚节点配置方法，其特征在于，所述的步骤
S4
进行所有未知节点和锚点之间的测距，其具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉乐，罗东向，刘远，辜晓波，杨思佳，杨华康，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：