一种无线传感器网络定位方法及系统技术方案

本申请公开了一种无线传感器网络定位方法及系统，包括：接收传感器收集到的信号的强度值的累加结果；分别将多个目标的位置假设为其所在网格的中心，计算多个目标的信号强度，并构建一个重构矩阵，通过求解l1范数最小的最优化问题对多个目标发射的信号进行重构，得到重构结果X，计算得到第一重构误差，并将第一重构误差与预设值进行比较；当第一重构误差小于等于预设值时，确定多个目标的位置。该方法中传感器只需采集少量数据即可，对传感器的硬件要求较低，并且减少了网络通信的数量从而可以延长网络的使用寿命。另外该方法不仅可以对多个目标进行定位，而且还可以采用迭代回溯算法进一步缩小多个目标所在的区域范围，提高了定位精度。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及传感器
，特别是涉及一种无线传感器网络定位方法及系统。
技术介绍
目标定位是无线传感器网络(WSN)的重要应用场景。WSN采集的信息中包含位置信息才能和物理世界相对应，才具有实际意义。目前现有的定位方法中应用最广泛的是利用GPS进行定位，但使用GPS进行定位容易受到环境限制，对于室内、或受城市内的高楼建筑遮挡而导致信号无法接收的场合均无法使用，另外，由于利用GPS进行定位时目标需要持续不断发送位置信息，消耗的能量较大，所以也不适用于那些布设在野外并且需要电池供电的设备或移动设备。对于那些在GPS定位不适用的场合，目前主要采用基于WSN的定位技术，包括基于无测距的定位技术和基于测距的定位技术。通过对现有技术研究，申请人发现一、基于无测距的定位技术虽然容易实现，但定位精度差，适用于在精度要求不高的场合；二、基于测距的定位技术主要包括RSS1、T0A、TD0A、A0A定位，其中基于RSSI定位虽然比基于Τ0Α、TDOA、AOA定位的硬件简单、廉 价，得到广泛应用，但缺点是定位前需要较长的训练阶段，不易快速部署。且节点位置变动或环境变动后需要重新学习，而基于T0A、TD0A、A0A定位需要专门的硬件，价格昂贵，另外，所有基于测距的定位技术均存在通信量大、难以同时进行多目标定位以及容错性差等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供一种无线传感器网络定位方法及系统，以解决现有的GPS定位方法、基于无测距的定位技术和基于测距的定位技术在定位时所存在的问题。为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下—种无线传感器网络定位方法，待定位区域为方形区域，并且待定位区域被划分为N个网格，在所述方形区域内随机布设有M个传感器，并已知每个传感器的位置，并且多个目标周期性地发射的信号，M个所述传感器周期性地收集多个目标发射的信号，包括接收每个所述传感器将其每个周期T内收集到的信号的强度值累加得到累加结果ym;分别将多个所述目标的位置假设为其所在网格的中心位置，并且将位于第N个网格中的所述目标的坐标假设为(Xn，yn)，并计算第m个传感器接收到位于第η个网格中的目标的信号强度Pm,η，其中1彡m彡M，1彡η彡N;根据信号强度Pm,η构建一个重构矩阵ΦΜ，并且Ymx1= ΦΜχΝΧΝχ1 ;通过求解I1范数最小的最优化问题对多个目标发射的信号进行重构，得到重构结果X 计算重构误差，得到第一重构误差，并将所述第一重构误差与预设值进行比较；当所述第一重构误差小于等于预设值时，确定多个所述目标的位置为(xn，yn)。优选地，所述接收每个所述传感器将其每个周期T内收集到的信号的强度值累加得到累加结果ym，具体为接收每个所述传感器在周期时间片结束后、并且以多跳的方式将其每个周期T内收集到的信号的强度值累加得到累加结果ym。优选地，所述计算第m个传感器接收到位于第η个网格中的目标的信号强度Pm, η，具体为计算位于第N个网格中的所述目标假设的坐标(xn，yn)与第m个传感器的的坐标(Xni, ym)之间的欧式距离Dnun;根据平均接收信号强度与信号传输距离之间的关系，计算得到第m个传感器接收到位于第η个网格中的目标的信号强度Pm,η，并且Pm,n = PcrIOnpIg (Dm,n/DQ)，其中Pm,n的单位为dBm，P。为在参考传输距离为Dtl时的接收信号强度，np为路径衰减指数，D为传输距离。优选地，所述平均接收信号强度与信号传输距离之间的关系为P = P0-1OnpIg (D/D0),其中P为平均接收信号强度，单位为dBm，P0为在参考传输距离为Dtl时的接收信号强度，np为路径衰减指数，D为传输距离。优选地，M个所述传感器中全部或部分传感器周期性地收集多个目标发射的信号，并且当部分传感器周期性手机多个目标发射的信号时，部分传感器的数量大于等于目标数量的两倍。优选地，当所 述第一重构误差大于预设值时，该方法进一步包括将目标所在的第N个网格均分为四个方形子网格，所述四个方形子网格的中心点分别为A、B、C和D ;将位于第N个网格中的所述目标的位置分别假设为A、B、C或D四个点，并根据假设点的坐标分别计算第m个传感器接收到位于第η个网格中的目标的信号强度P’ ffl,n ；根据信号强度P’ m,n构建一个重构矩阵Φ’ MxN，通过求解I1范数最小的最优化问题对多个目标发射的信号进行重构，得到重构结果X’，计算重构误差，得到第二重构误差，并将所述第二重构误差与预设值进行比较；当所述第二重构误差大于预设值时，将此次假设点所在的网格划分成四个方形子网格，并重新构建重构矩阵，计算重构误差并与预设值进行比较；当所述第二重构误差小于等于预设值时，则确定所述目标的位置确定为此次假设的坐标。优选地,若目标的数量为已知,设为K,当确定目标的位置后,该方法进一步包括确定定位得到的目标的数量，并将所述目标的数量与K进行比较；当所述目标的数量大于K，将得到所述重构结果X或按照能量的分布特征划分为K个聚类，并将每个聚类的元素中的最大值确定为定位结果。一种无线传感器网络定位系统，待定位区域为方形区域，并且待定位区域被划分为N个网格，多个目标设置在所述待定位区域，并且周期性发射信号，包括M个传感器和融合模块，其中所述M个传感器布设在待定位区域，每个传感器的位置已知，所述M个传感器周期性接收多个目标发射的信号，并且每个所述传感器将其每个周期T内收集到的信号的强度值累加得到累加结果ym发送给融合模块；所述融合模块与所述M个传感器相连接，所述融合模块包括接收单元，用于接收所述传感器发送的累加结果ym ；目标位置初始化单元，用于分别将多个所述目标的位置假设为其所在网格的中心位置，并且将位于第η个网格中的所述目标的坐标假设为(xn，yn)；信号强度计算单元，用于计算第m个传感器接收到位于第η个网格中的目标的信号强度Pm,n，其中1 < m < Μ，I < η < N ;重构矩阵构建单元，用于根据信号强度Pm,n构建一个重构矩阵ΦΜ，并且Ymx1 = ΦMxnXnxi ；重构单元，用于通过求解I1范数最小的最优化问题对多个目标发射的信号进行重构，得到重构结果X ;重构误差计算单元，用于计算重构误差，得到第一重构误差；重构误差比较单元，用于将所述第一重构误差与预设值进行比较；确定单元，用于当所述比较单元比较得到所述第一重构误差小于等于预设值时，确定多个所述目标的位置为(Xn，yn)。优选地，该系统进一步包括目标位置调整单元，用于当所述比较单元比较得到所述第一重构误差大于预设值时，将位于第N个网格中的所述目标的位置分别假设为A、B、C或D四个点。优选地，该系统进一步包括优化单元，用于确定目标的位置后，确定定位得到的目标的数量，将所述目标的数量与已知目标数量进行比较，并且当所述目标的数量大于已知目标数量时，将得到所述重构结果X或按照能量的分布特征划分为已知目标数量的聚类，并将每个聚类的元素中的最大值确定为定位结果。由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该无线传感器网络定位方法，在对无线传感器网络中的目标进行定位时，传感器只需采集少量数据，并将采集到的数据发送给融合模块即可，这样对传感器的硬件要求较低，并且减少了网络通信的数量从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络定位方法，其特征在于，待定位区域为方形区域，并且待定位区域被划分为N个网格，在所述方形区域内随机布设有M个传感器，并已知每个传感器的位置，并且多个目标周期性地发射的信号，M个所述传感器周期性地收集多个目标发射的信号，包括：接收每个所述传感器将其每个周期T内收集到的信号的强度值累加得到累加结果ym；分别将多个所述目标的位置假设为其所在网格的中心位置，并且将位于第N个网格中的所述目标的坐标假设为(xn，yn)，并计算第m个传感器接收到位于第n个网格中的目标的信号强度Pm，n，其中：1≤m≤M，1≤n≤N；根据信号强度Pm，n构建一个重构矩阵ФMxN，并且YMx1＝ФMxNXNx1；通过求解l1范数最小的最优化问题对多个目标发射的信号进行重构，得到重构结果X，计算重构误差，得到第一重构误差，并将所述第一重构误差与预设值进行比较；当所述第一重构误差小于等于预设值时，确定多个所述目标的位置为(xn，yn)。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络定位方法，其特征在于，待定位区域为方形区域，并且待定位区域被划分为N个网格，在所述方形区域内随机布设有M个传感器，并已知每个传感器的位置，并且多个目标周期性地发射的信号，M个所述传感器周期性地收集多个目标发射的信号，包括 接收每个所述传感器将其每个周期T内收集到的信号的强度值累加得到累加结果ym ； 分别将多个所述目标的位置假设为其所在网格的中心位置，并且将位于第N个网格中的所述目标的坐标假设为(xn，yn)，并计算第m个传感器接收到位于第n个网格中的目标的信号强度Pm,n，其中1≤m≤M，1≤n≤N; 根据信号强度Pm, n构建一个重构矩阵，并且Ymx1 = CDmxnXnx1 ； 通过求解I1范数最小的最优化问题对多个目标发射的信号进行重构，得到重构结果X， 计算重构误差，得到第一重构误差，并将所述第一重构误差与预设值进行比较； 当所述第一重构误差小于等于预设值时，确定多个所述目标的位置为(xn，yn)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收每个所述传感器将其每个周期T内收集到的信号的强度值累加得到累加结果ym，具体为 接收每个所述传感器在周期时间片结束后、并且以多跳的方式将其每个周期T内收集到的信号的强度值累加得到累加结果ym。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算第m个传感器接收到位于第n个网格中的目标的信号强度Pm,n，具体为 计算位于第N个网格中的所述目标假设的坐标(xn，yn)与第m个传感器的的坐标(xm，Ym)之间的欧式距离Dnun; 根据平均接收信号强度与信号传输距离之间的关系，计算得到第m个传感器接收到位于第n个网格中的目标的信号强度Pm,n, 并且Pm, n = PcrlOnpIgUci)，其中Pm,n的单位为dBm，P0为在参考传输距离为Dtl时的接收信号强度，np为路径衰减指数，D为传输距离。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述平均接收信号强度与信号传输距离之间的关系为 P = Pcl-1OnpIg(DzDci)，其中P为平均接收信号强度，单位为dBm，P0为在参考传输距离为Dtl时的接收信号强度，np为路径衰减指数，D为传输距离。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，M个所述传感器中全部或部分传感器周期性地收集多个目标发射的信号，并且当部分传感器周期性手机多个目标发射的信号时，部分传感器的数量大于等于目标数量的两倍。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述第一重构误差大于预设值时，进一步包括 将目标所在的第N个网格均分为四个方形子网格，所述四个方形子网格的中心点分别为 A、B、C 和 D ; 将位于第N个网格中的所述目标的位置分别假设为A、B、C或D四个点，并根据假设点的坐标分别计算第m个传感器接收到位于第n个网格中的目标的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：何风行，余志军，沈杰，刘海涛，
申请(专利权)人：无锡物联网产业研究院，无锡融格物联网科技有限公司，
类型：发明
国别省市：