一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)實(shí)施例公開了一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法,屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位領(lǐng)域。將移動(dòng)機(jī)器人與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，采用機(jī)器人?節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)?節(jié)點(diǎn)協(xié)作配合的定位方式，充分利用移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性及無線傳感器節(jié)點(diǎn)的可計(jì)算性，融入高斯混合容積卡爾曼濾波(Gaussian?Mixture?Cubature?Kalman?filter，GM?CKF)算法，實(shí)現(xiàn)了對節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)定位。本發(fā)明專利技術(shù)實(shí)施例所提出的協(xié)作定位方法可以實(shí)現(xiàn)對節(jié)點(diǎn)的位置估計(jì)，采用的GM?CKF算法能夠有效克服高非線性和異常誤差導(dǎo)致的不利影響，減小由于系統(tǒng)濾波發(fā)散導(dǎo)致的誤差，提高節(jié)點(diǎn)定位精度。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位領(lǐng)域，尤其涉及一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法。
技術(shù)介紹
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)作為一項(xiàng)無線通信和傳感檢測技術(shù)相互交融的新興技術(shù)，已經(jīng)成為國防軍事，生物醫(yī)療，生產(chǎn)生活，交通管理等領(lǐng)域不可或缺的力量。然而在許多運(yùn)用中，只有節(jié)點(diǎn)位置狀態(tài)已知，才能更有效的發(fā)揮各個(gè)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測功能。在環(huán)境不確定和未知情況下，如何更穩(wěn)定、精確的實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)定位已經(jīng)成為WSNs的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)問題之一。WSNs中通常含有大量隨機(jī)散布的傳感器節(jié)點(diǎn)，可以采用人為標(biāo)定的定位方式或利用傳感器自身攜帶的全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)來實(shí)現(xiàn)。隨著WSNs布網(wǎng)的日益規(guī)模化，人工標(biāo)定的難度和成本也在不斷提高，致使每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)裝載GPS變得不再切合實(shí)際。目前節(jié)點(diǎn)定位方法主要采用的有基于多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的三邊定位法、DV-HOP法、蒙特卡洛法等，但這些定位方法的實(shí)現(xiàn)大多是基于多個(gè)固定錨節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的，要想實(shí)現(xiàn)高精度的動(dòng)態(tài)定位，對錨節(jié)點(diǎn)的部署及數(shù)量具有較高的要求，數(shù)量的增加還會(huì)致使計(jì)算負(fù)荷增加，影響定位的可靠性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)致的上述多項(xiàng)缺陷。本專利技術(shù)實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：步驟1)節(jié)點(diǎn)與部分已知錨節(jié)點(diǎn)相互通信定位，獲得相對參考定位信息；步驟2)移動(dòng)機(jī)器人在移動(dòng)過程中周期性發(fā)送位置信息并建立與節(jié)點(diǎn)間的有效觀測，建立觀測距離集合及位置坐標(biāo)集合；步驟3)機(jī)器人與節(jié)點(diǎn)協(xié)作輔助定位，建立多約束不等式組，求取估計(jì)位置；步驟4)利用高斯混合容積卡爾曼濾波算法對定位進(jìn)一步求精。可選的，所述步驟1)中，部分節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行相互通信，獲得相對距離信息。節(jié)點(diǎn)Mi和Mj獲得的相對節(jié)點(diǎn)距離信息為di,j，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的測量模型可表示為：其中zi,j表示節(jié)點(diǎn)間的位置信息，為節(jié)點(diǎn)之間的測距產(chǎn)生的高斯噪聲，(xi,yi)，(xj,yj)為節(jié)點(diǎn)i和j的位置坐標(biāo)。可選的，所述步驟2)中，所述的機(jī)器人在到達(dá)每個(gè)狀態(tài)Xk處可以與每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立相對有效的測量，測量后可獲得與節(jié)點(diǎn)的相對距離和相對角度機(jī)器人對節(jié)點(diǎn)的測量模型為：其中qr(Xk,Mj)為機(jī)器人對節(jié)點(diǎn)的測量方程，(xk,yk)為k時(shí)刻機(jī)器人的坐標(biāo)，(xj,yj)為節(jié)點(diǎn)j的位置坐標(biāo)，表示無線通信帶來的誤差，為機(jī)器人與節(jié)點(diǎn)間的觀測高斯噪聲。可選的，所述步驟3)中，協(xié)作輔助定位中機(jī)器人端向監(jiān)測計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包括時(shí)間k，機(jī)器人當(dāng)前位置Xk，與鄰節(jié)點(diǎn)建立的定位信息對鄰節(jié)點(diǎn)的測量通過移動(dòng)機(jī)器人在不同位置的觀測，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以得到一系列關(guān)于自身位置的不等式約束：由此可以產(chǎn)生多約束的不等式組，通過最小化得到最佳位置逼近。可選的，所述步驟3)中，協(xié)作輔助定位對應(yīng)的狀態(tài)空間方程為：其中Xk表示k時(shí)刻系統(tǒng)的狀態(tài)，Zk表示k時(shí)刻對節(jié)點(diǎn)j的觀測值，εk為傳感區(qū)域內(nèi)因環(huán)境導(dǎo)致的位置觀測噪聲，表示無線射頻觀測產(chǎn)生的高斯噪聲。可選的，所述步驟4)中，獲得預(yù)估位置信息后，利用高斯混合容積卡爾曼濾波算法對定位信息進(jìn)行狀態(tài)融合估計(jì)。可選的，所述步驟4)中，高斯混合容積卡爾曼濾波算法分為三部分，高斯分割、門限判別、預(yù)測更新。基于上述技術(shù)方案的移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，采用機(jī)器人-節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)協(xié)作配合的定位方式，充分利用機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性及無線傳感器節(jié)點(diǎn)的可計(jì)算性，融入高斯混合容積卡爾曼濾波，實(shí)現(xiàn)了對節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)定位，所提出的協(xié)作定位方法可以實(shí)現(xiàn)對節(jié)點(diǎn)的位置估計(jì)，采用的高斯混合容積卡爾曼濾波算法能夠有效克服高非線性和異常誤差導(dǎo)致的不利影響，減小由于系統(tǒng)濾波發(fā)散導(dǎo)致的誤差，提高節(jié)點(diǎn)定位精度。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。附圖說明此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本專利技術(shù)的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本專利技術(shù)的原理。圖1為本專利技術(shù)一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法系統(tǒng)模型示意圖；圖2為本專利技術(shù)一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法流程圖；圖3為本專利技術(shù)一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法算法流程圖。圖4為本專利技術(shù)一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位高斯混合容積卡爾曼濾波算法流程圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例中的附圖，對本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本專利技術(shù)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本專利技術(shù)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，所述方法包括以下步驟：步驟1)節(jié)點(diǎn)與部分已知錨節(jié)點(diǎn)相互通信定位，獲得相對參考定位信息；步驟2)移動(dòng)機(jī)器人在移動(dòng)過程中周期性發(fā)送位置信息并建立與節(jié)點(diǎn)間的有效觀測，建立觀測距離集合及位置坐標(biāo)集合；步驟3)機(jī)器人與節(jié)點(diǎn)協(xié)作輔助定位，建立多約束不等式組，求取估計(jì)位置；步驟4)利用高斯混合容積卡爾曼濾波算法對定位進(jìn)一步求精。整個(gè)協(xié)作定位系統(tǒng)由移動(dòng)機(jī)器人和大規(guī)模隨機(jī)散布的n個(gè)WSNs節(jié)點(diǎn){M1，M2，……Mn本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：步驟1)節(jié)點(diǎn)與部分已知錨節(jié)點(diǎn)相互通信定位，獲得相對參考定位信息；步驟2)移動(dòng)機(jī)器人在移動(dòng)過程中周期性發(fā)送位置信息并建立與節(jié)點(diǎn)間的有效觀測，建立觀測距離集合及位置坐標(biāo)集合；步驟3)機(jī)器人與節(jié)點(diǎn)協(xié)作輔助定位，建立多約束不等式組，求取估計(jì)位置；步驟4)利用高斯混合容積卡爾曼濾波算法對定位進(jìn)一步求精。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：步驟1)節(jié)點(diǎn)與部分已知錨節(jié)點(diǎn)相互通信定位，獲得相對參考定位信息；步驟2)移動(dòng)機(jī)器人在移動(dòng)過程中周期性發(fā)送位置信息并建立與節(jié)點(diǎn)間的有效觀測，建立觀測距離集合及位置坐標(biāo)集合；步驟3)機(jī)器人與節(jié)點(diǎn)協(xié)作輔助定位，建立多約束不等式組，求取估計(jì)位置；步驟4)利用高斯混合容積卡爾曼濾波算法對定位進(jìn)一步求精。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于移動(dòng)機(jī)器人輔助的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法，其特征在于，所述步驟1)中，部分節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行相互通信，獲得相對距離信息；節(jié)點(diǎn)Mi和Mj獲得的相對節(jié)點(diǎn)距離信息為di,j，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的測量模型可表示為： z i , j = d i , j + δ k i , j = ( x i - x j ) 2 + ( y i - y j ) 2 + ...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳孟元，
申請(專利權(quán))人：安徽工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽;34