[发明专利]一种基于距离和多普勒测量的移动刚体定位方法

说明书

本发明公开了一种基于距离和多普勒测量的移动刚体定位方法，其充分利用了距离测量模型等式平方后估计参数和已知参数的线性关系，减少半正定规划问题中的优化变量，对刚体的旋转、位置、旋转角速和位移速度进行联合估计，算法性能稳健，即使在比较差的定位环境中，依然有比较高的定位精度；使用的优化变量较少，且优化变量只与要估计的参数有关，减少算法的冗余度，估计结果精度较高；采用半正定规划来估计参数，充分发挥了凸优化方法全局收敛的优势，有效地提高无线网络中移动刚体定位的性能，即使在测量噪声功率比较大的情况下，依然有比较好的估计结果。

技术领域

本发明涉及一种目标定位方法，尤其是涉及一种无线传感器网络中基于距离和多普勒测量的移动刚体(即为有固定形状的移动的物体)定位方法，其定位内容为估计刚体的旋转、位置、旋转角速度和位移速度。

背景技术

近些年来，随着无线传感器技术的快速发展，无线传感器网络(WSN)在与定位、监控、安防等相关的不同领域得到了广泛应用。在很多实际应用中，比如机器人、航空航天、水下探测器等方面，刚体并非总是静止不动的，即不仅需要估计刚体的旋转和位置，还需要对其旋转角速度和位移速度进行估计。因此，对无线传感器网络中移动刚体的定位方法的研究十分有必要。

目前，在无线传感器网络中移动刚体的定位方法中，使用较多的是基于距离和多普勒测量的方法，其优点是测量系统复杂度低，定位精度较高。但是，当无线传感器网络中锚节点分布比较差或无线传感器网络中噪声比较大的情况下，现有的基于距离和多普勒测量的方法的定位精度会明显下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线传感器网络中基于距离和多普勒测量的移动刚体定位方法，其在无线传感器网络中锚节点分布比较差或无线传感器网络中噪声比较大的情况下，也能对刚体的旋转、位置、旋转角速度和位移速度进行精确估计。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于距离和多普勒测量的移动刚体定位方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：设定无线传感器网络中存在M个用于接收测量信号的锚节点和一个刚体，并设定刚体的内部放置有N个用于发射测量信号的未知节点；在无线传感器网络中建立一个空间坐标系作为全局参考坐标系，并在刚体的内部设置一个空间坐标系作为局部参考坐标系；将M个锚节点在全局参考坐标系中的坐标位置对应记为a₁,…,a_m,…,a_M，将刚体运动前N个未知节点在局部参考坐标系中的坐标位置对应记为c₁,…,c_i,…,c_N；其中，M和N均为正整数，M≥4，N≥3，a₁表示第1个锚节点在全局参考坐标系中的坐标位置，m为正整数，1≤m≤M，a_m表示第m个锚节点在全局参考坐标系中的坐标位置，a_M表示第M个锚节点在全局参考坐标系中的坐标位置，c₁表示刚体运动前第1个未知节点在局部参考坐标系中的坐标位置，i为正整数，1≤i≤N，c_i表示刚体运动前第i个未知节点在局部参考坐标系中的坐标位置，c_N表示刚体运动前第N个未知节点在局部参考坐标系中的坐标位置；

步骤二：使刚体一直处于运动状态，在当前时刻，将当前时刻下N个未知节点在全局参考坐标系中的坐标位置对应记为s₁,...,s_i,...,s_N；然后获取每个未知节点到各个锚节点的距离测量值，将第i个未知节点到第m个锚节点的距离测量值记为r_mi；并获取每个未知节点相对于各个锚节点的多普勒测量值，将第i个未知节点相对于第m个锚节点的多普勒测量值记为其中，s₁表示当前时刻下第1个未知节点在全局参考坐标系中的坐标位置，s_i表示当前时刻下第i个未知节点在全局参考坐标系中的坐标位置，s_N表示当前时刻下第N个未知节点在全局参考坐标系中的坐标位置；