[发明专利]一种基于无人自主飞行器的无线传感器网络定位方法

权利要求书

1.一种基于无人自主飞行器的无线传感器网络定位方法，其特征在于，其步骤为：

步骤1：移动锚节点进行移动与信标广播；

步骤1.1：将传感器部署区域划分为由边长为d的多个虚正方形网格构成的规则图形，选定该规则图形的西南角顶点作为起飞点，沿所述虚正方形网格的边，按方波轨迹连接，构成一个至少涉及每个虚正方形网格两条边的行程轨迹，依照该行程轨迹按顺序为虚正方形网格的顶点做顶点编号；

步骤1.2：携带定向天线的无人自主飞行器以固定高度沿行程轨迹飞行，逢虚正方形网格的顶点作定点悬停，并以角速度a顺时针旋转360°；旋转过程中，无人自主飞行器上搭载的移动锚节点以一定的频率广播包含无人自主飞行器自身定位信息以及所在虚正方形网格的顶点编号的信标信号；旋转完成后，移动锚节点发送当前顶点的顶点广播结束信号；

步骤2：在该规则图形中分布若干传感器节点，各传感器节点接收和处理信标信号，在每个顶点移动锚节点做信标广播时，信标传播范围内的各传感器节点的工作流程如下：

步骤2.1：传感器节点每次接收到信标信号，对此信标信号中的顶点编号进行判断，

1)若该顶点编号大于此前已接收的顶点编号，保存此信标中顶点编号、接收信号强度和对应的定位信息，并等待传感器节点接收下一次信标信号；

2)若该顶点编号等于上一次接收到的顶点编号，则对此信标中的接收信号强度进行判断，若该接收信号强度大于该顶点编号下已保存的接收信号强度，则保存当前的接收信号强度与定位信息为最大接收信号强度及对应的定位信息，并等待传感器节点接收下一次信标信号，若该接收信号强度不大于该顶点编号下已保存的接收信号强度，则等待传感器节点接收下一次信标信号；至传感器节点超过60秒未接收到下一次信标信号，或者收到顶点广播结束信号，则结束此传感器节点对该顶点广播的接收，保存接收信号强度极大值点对应的定位信息。

3)若该顶点编号小于此前已接收的顶点编号，则等待传感器节点接收下一次信标信号；

步骤2.2：每个传感器节点获得至少3个接收信号强度极大值点对应的定位信息，即可根据传感器节点所保存的每个信标信号对应的定位信息计算自身地理位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人自主飞行器的无线传感器网络定位方法，其特征在于：所述定位信息包括该无人自主飞行器的经度、纬度、高度和机头朝向。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人自主飞行器的无线传感器网络定位方法，其特征在于：所述步骤2.2还包括：步骤2.2.1：构建矩阵Φ和Y：

其中：λ_i-经度；-纬度；h_i-高度；ψ_i-机头朝向；(i＝1～K,K为信标信号个数，K≥3)；R_M-地球子午圈曲率半径；R_N-地球卯酉圈曲率半径；

步骤2.2.2：利用最小二乘算法估计与传感器节点地理位置相关的参数θ＝[θ₁θ₂θ₃]^T，具体计算公式为：

θ＝(Φ^TΦ)^-1Φ^TY；

其中：

θ₃＝tanβ；

步骤2.2.3：利用θ与传感器节点位置的关系计算自身位置：

β＝arctanθ₃

其中：为信标信号各自对应的最强的接收信号强度的纬度平均值；

为信标信号各自对应的最强的接收信号强度的高度平均值；

β为机头朝向与定向天线最大发射功率方向的夹角。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人自主飞行器的无线传感器网络定位方法，其特征在于：虚正方形网格的边长d设定为小于R为传感器节点最大通讯距离，h为无人自主飞行器与传感器节点的最大高度差。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人自主飞行器的无线传感器网络定位方法，其特征在于：所述角速度a的范围为：10度/秒～20度/秒。