一种无线传感器节点随机部署的被动式目标定位方法

摘要

本发明公开了一种无线传感器节点随机部署被被动式目标定位方法，具体包括如下步骤：步骤1：在监测区域内部署传感器节点和基站；步骤2：监测前无干扰情况下的RSS值采集；步骤3：监测阶段的RSS值采集及分类；步骤4：由于监测区域内节点是随机部署的，要想准确定位到目标位置，首先需要确定监测区域内被目标所干扰的链路的位置，即构成这些被干扰链路的节点的位置；步骤5：监测区域目标位置的确定。本发明的方法无需先验知识即可进行，另外，该方法无需网格划分，从而规避了基于网格划分的定位方法中网格大小影响定位精度的缺点。

主权项

一种无线传感器节点随机部署被被动式目标定位方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：在监测区域内部署传感器节点和基站：1)节点部署：在监测区域内随机分散部署N个传感器节点，保证节点两两之间能够通信；2)基站部署：在监测区域之外部署一个基站；步骤2：监测前无干扰情况下的RSS值采集，具体操作如下：定义l_ij表示由发送节点i和接收节点j构成的链路，F_ij表示链路l_ij在未受干扰时的RSS值，该值由接收节点j发送给基站，监测区域中共有N(N‑1)条链路；目标未进入监测区域时，监测区域内的N(N‑1)条链路都未受干扰；基站采集每条链路l_ij的RSS值F_ij，其中1＜i＜N,1＜j＜N；基站将采集好所有链路未受干扰的RSS值发送给PC机，得到N(N‑1)个链路在未受干扰时的RSS值；步骤3：监测阶段的RSS值采集及分类：开始监测后，基站每隔一定时间收集监测区域内N(N‑1)条链路中每条链路l_ij的RSS值y_ij，即收集到N(N‑1)个链路的RSS值，然后将这些RSS值发送给PC机；由于目标的进入会对监测区域内多条链路的RSS值产生干扰；我们知道，目标在LOS造成的绕射会使链路l_ij的RSS值比没有目标时的链路的RSS值F_ij低；而在NLOS造成的散射会使链路l_ij的RSS值比没有目标时的链路的RSS值F_ij高；PC机将收集到的所有链路的RSS值分类为绕射干扰RSS集合Y_d、散射干扰RSS集合Y_s和未受干扰RSS集合Y_f；若y_ij属于集合Y_d或集合Y_s，则说明链路l_ij受到了目标的干扰，认为监测区域内有目标进入；若y_ij属于集合Y_f，则说明链路l_ij没有受到目标的干扰，认为监测区域内没有目标进入；步骤4：由于监测区域内节点是随机部署的，要想准确定位到目标位置，首先需要确定监测区域内被目标所干扰的链路的位置，即构成这些被干扰链路的节点的位置；步骤5：监测区域目标位置的确定；所述步骤4中被干扰链路的节点位置的获取包括如下步骤：第一步：通过人工测量或其他方法得到监测区域内任意5个节点的位置C_i、路径损耗因子γ_i和节点发射功率P_i，其中C_i＝[x_i,y_i]是二维向量，x_i,y_i代表节点i的二维坐标；对于监测区域内其余未知的N‑5个节点，分别随机给定每个节点的位置C_i、路径损耗因子γ_i和节点发射功率P_i做为初始值；C_i的各维度的取值在0～max(a,b)范围内；γ_i取2～6；节点的发射功率P_i为0～‑20dBm；a、b分别为监测区域的长、宽；第二步：将位置C_i，路径损耗因子γ_i和节点发射功率P_i均已知的节点的集合定义为集合C_done；定义一个集合O，并令其初始为空集；第三步：定位组成被干扰链路的节点的位置：针对集合Y_d和集合Y_s中每一个链路，找到所有位置C_i未知的节点；第四步：针对位置C_i未知的节点i，即遍历监测区域内所有与节点i相连的链路l_ij，如果j∈C_done，则令O＝O∪{F_ij}；当集合O的元素个数不少于5时，求解式(2)的最优解，即求得一组能满足式(2)最小的解{P_i,C_i,γ_i}；$min\frac{1}{\left|O\right|}\Sigma |F_{ij}-P_i+10{\gamma }_i{\log }_{10}\left(d_{ij}\right)|---\left(2\right)$$d_{ij}=\sqrt{{(C_i-C_j)}^T(C_i-C_j)}=\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i-y_j)}^2}---\left(3\right)$其中，|O|表示集合的大小；F_ij∈O；C_i＝[x_i,y_i]，x_i,y_i代表节点i的二维坐标；C_j＝[x_j,y_j]，x_j,y_j代表节点j的二维坐标；第五步：重复执行第三、四步，定位出所有组成被干扰链路的节点的位置；所述步骤5监测区域目标位置的确定具体包括如下步骤：第一步：随机给定目标的位置X_t,X_t＝[x_t,y_t]是二维向量，x_t,y_t代表目标的二维坐标；一般情况下，监测区域近似为a×b的矩形，则X_t的各维度取值在0～max(a,b)范围内；第二步：求满足式(4)最小的解X_t，并将X_t作为目标t的真实位置；$min\left\{\frac{1}{\left|Y_d\right|}\Sigma \right|y_{ij}^{\prime }-P_i+10{\gamma }_i{\log }_{10}\left(d_{ij}\right)+D_{ijt}(d_{ij},d_{it},d_{jt})|+$$\frac{1}{\left|Y_s\right|}\Sigma |y_{ij}^{\prime }-P_i+10{\gamma }_i{\log }_{10}\left(d_{ij}\right)-S_{ijt}(d_{ij},d_{it},d_{jt})|\}---\left(4\right)$$D_{ijt}=20log[\frac{\sqrt{2}}{2}·|{\int }_v^{\infty }\exp \left(\frac{-{\mathrm{j\pi t}}^2}{2}\right)dt\left|\right]---\left(5\right)$式(5)中‑jπt²中的j是虚数单位，t是积分变量；$v=h\sqrt{\frac{2(d_{it}+d_{jt})}{\lambda ·d_{it}·d_{jt}}}---\left(6\right)$式(6)中h的值等于目标高度减去节点距离地面的高度H；$S_{ijt}=10log\frac{P_i{G}_i{G}_j{\lambda }^2\sigma }{{\left(4\pi \right)}^3·d_{it}^2·d_{jt}^2}---\left(7\right)$$d_{ij}=\sqrt{{(C_i-C_j)}^T(C_i-C_j)}=\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+{(y_i-y_j)}^2}---\left(8\right)$$d_{it}=\sqrt{{(C_i-C_t)}^T(C_i-C_t)}=\sqrt{{(x_i-x_t)}^2+{(y_i-y_t)}^2}---\left(9\right)$$d_{jt}=\sqrt{{(C_j-C_t)}^T(C_j-C_t)}=\sqrt{{(x_j-x_t)}^2+{(y_j-y_t)}^2}---\left(10\right)$其中，y′_ij是集合Y_d内的y_ij的取值；y″_ij是集合Y_s内的y_ij的取值；γ_i为链路l_ij的路径损耗因子；P_i为节点i的发射功率；d_ij为节点i和节点j之间的距离；Y_d为绕射干扰的RSS值集合，Y_s为散射干扰的RSS值集合；|Y_d|和|Y_s|分别是集合Y_d和Y_s的大小；λ是节点发出的无线信号波长，λ＝0.125米；G_i，G_j分别为节点i和节点j的天线增益，G_i＝G_j＝1；σ是目标的RCS，取1；d_it是节点i和目标t之间的距离，d_jt是节点j和目标t之间的距离；C_t＝X_t。