基于信息度量的移动传感器网络主动定位方法

摘要

本发明提供了一种基于信息度量的移动传感器网络主动定位方法，分别定义了种子节点和伪种子节点(已获得精确位置估计的普通传感器节点)的基于信息度量的目标函数，在此目标函数作用下，种子节点和伪种子节点直接面向提高邻居普通传感器节点位置估计精度，主动地选择其下一步的运动方向，从而使得种子节点和伪种子节点在下一步移动到的位置上获得的邻居普通传感器节点相对于种子节点和伪种子节点运动方向的角度观测可以使得邻居普通传感器节点的位置估计的不确定性最大程度地减少。本发明能够使得种子节点和伪种子节点做尽可能少的移动，尽可能快地获得周围邻居普通传感器节点的位置估计信息，减少了能量花费，为接下来的环境感测任务保留宝贵的能量。

主权项

一种基于信息度量的移动传感器网络主动定位方法，其特征是：（1）使所有的传感器节点都具有数据处理、数据存储和通讯能力，使所有的传感器节点都配置有指南针，并使所有的传感器节点都配置有运动控制器，该运动控制器能够控制传感器节点按照一定的速度、一定的方向移动；选取部分传感器节点配置GPS接收器，这些配置GPS接收器、位置信息已知的传感器节点为种子节点，选取的种子节点的数量占全部传感器节点的比例不大于10%；（2）种子节点的滤波器选择种子节点周围邻居普通传感器节点进行位置估计，将感测得到的周围邻居普通传感器节点相对于种子节点运动方向的角度作为观测量，用卡尔曼滤波迭代估计周围邻居普通传感器节点的位置，根据种子节点的感知半径在种子节点的感知范围内随机设置种子节点周围邻居普通传感器节点的初始位置，将种子节点的周围邻居普通传感器节点的初始位置估计标准差的大小定义为种子节点的感知半径；（3）每一个种子节点利用卡尔曼滤波器估计周围邻居普通传感器节点的位置信息，种子节点的运动控制器通过使基于信息度量的目标函数最大化为种子节点选择最优的移动方向，主动地确定种子节点下一步的移动方向，使得种子节点在下一步移动到的位置上所获得角度观测量能够最大程度地减少周围邻居普通传感器节点位置估计的不确定性，帮助周围邻居普通传感器节点获得位置估计，一旦种子节点的滤波器得到周围邻居普通传感器节点的估计误差小于初始位置估计标准差的10%，该种子节点停止移动，并将位置估计发送给与该种子节点相应的邻居普通传感器节点；（4）步骤（3）中的相应的邻居普通传感器节点在得到种子节点发送过来的位置估计信息后，作为第一级伪种子节点，第一级伪种子节点利用卡尔曼滤波器估计周围邻居普通传感器节点的位置信息和伪种子节点自身的位置信息，第一级伪种子节点通过使基于信息度量的目标函数最大化主动选择伪种子节点的运动方向，使得第一级伪种子节点在下一步移动到的位置上所获得的角度观测量能够最大程度地减少周围邻居普通传感器节点位置估计和第一级伪种子节点自身位置估计的不确定性，帮助第一级伪种子节点周围邻居普通传感器节点获得位置估计，在第一级伪种子节点获得周围邻居普通传感器节点的位置估计误差小于初始位置估计标准差的20%的位置估计后，该第一级伪种子节点停止移动，并将位置估计发送给该第一级伪种子节点相应的邻居普通传感器节点；（5）步骤（4）中的相应的邻居普通传感器节点在得到第一级伪种子节点发送过来的位置估计信息后作为第二级伪种子节点，按照与步骤（4）同样的方法，进一步帮助第二级伪种子节点周围邻居普通传感器节点获得位置估计信息；以此类推，最终，所有需要位置估计的普通传感器节点都能够获得估计误差小于初始位置估计标准差的20%的位置估计，此时，所有的传感器节点停止移动。