[发明专利]面向非视距环境下无线信号传输参数估计的目标定位方法

权利要求书

1.一种面向非视距环境下无线信号传输参数估计的目标定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)提取能时域测量信息：

根据非视距环境下的无线传感器网络目标定位模型，传感器接收机通过对信源信号的接收时间记录，获得时域测量信息d_i，同时通过记录接收信号的能量获得能域测量信息P_i；

(2)初步确定信号源位置坐标：

(2.1)根据时域测量信息d_i，采用加权最小二乘法构建时域内信号源定位的最小化函数：

其中，s表示信号源在三维坐标系中的位置坐标，记为[x,y,z]^T；a_i表示传感器节点在三维坐标系中的位置坐标，记为[x_i,y_i,z_i]^T；i＝1,2,...,N表示传感器节点编号；N为传感器节点个数，且N为大于等于3的正整数；||·||为欧几里德范数；表示信号源至N个传感器节点的时域非视距偏差平均值，α_i表示时域非视距偏差；表示时域加权权重；

(2.2)将时域内信号源定位的最小化函数转化为广义信赖域子问题，初始化时域非视距偏差平均值α′，即令α′＝0；用j表示计算信号源位置估计值的实际次数，并令j＝1；

(2.3)采用二分法对广义信赖域子问题求解得到第j次信号源位置的估计值根据下式求出当前时域非视距偏差平均值

(2.4)判断定位精度是否达到预期，即是否满足若满足，将此时的估计值确定为信号源位置的初步估计结果并直接执行步骤(3)；反之，更新时域非视距偏差平均值，即令并对j加1后返回步骤(2.3)；

(3)多点合作获取接收信号强度差值信息：

以传感器节点1为参考节点，将信号源位置初步估计结果代入能域接收信号强度测量信息P_i，其它传感器节点与参考节点之间的接收信号强度差值信息P_i1表示为：

其中，a₁表示传感器节点1在三维坐标系中的位置坐标；γ表示传输路径损耗系数；Δl_i1＝l_i-l₁表示测量噪声差值；Δβ_i1＝β₁-β_i表示非视距偏差差值；

(4)确定传输路径损耗系数：

(4.1)采用加权最小二乘法按下式构建损耗系数的最小化函数：

其中，表示能域加权权重；P′_i1＝P_i1-Δβ，Δβ表示非视距偏差差值的平均值；

(4.2)将损耗系数的最小化函数转化为加权最小二乘问题，并初始化能域非视距偏差差值的平均值Δβ，即令Δβ＝0；用m表示计算无线信号传输路径损耗系数估计值的实际次数，并令m＝1；

(4.3)采用迭代加权最小二乘法对步骤(4.2)中的问题进行解算，获取第m次无线信号传输路径损耗系数的估计值再利用损耗系数估计值按下式求出当前能域非视距偏差差值的平均值

(4.4)判断估计精度是否达到预期，即是否满足若满足，将此时的估计值确定为传输路径损耗系数的估计结果并直接执行步骤(5)；反之，更新能域非视距偏差差值的平均值，即令并对m加1后返回步骤(4.3)；

(5)确定无线信号发射功率：

(5.1)将步骤(2)得到的信号源位置的初步估计结果和步骤(4)得到的传输路径损耗系数的估计结果代入能域接收信号强度测量信息P_i中，并将非视距偏差β_i用平均值β'替换，构建无线信号发射功率的最小化函数表达式如下：

其中P′_i＝P_i+β'，

(5.2)初始化能域非视距偏差平均值β'，即令β'＝0；用q表示无线信号发射功率估计值的实际次数，并令q＝1；

(5.3)根据定义的P′_i得到P″_i，对步骤(5.1)中构建的表达式进行计算，得到第q次无线信号发射功率的估计值再利用发射功率估计值按下式求出当前能域非视距偏差平均值

(5.4)判断估计精度是否达到预期，即是否满足若满足，将此时的估计值确定为信号源的无线信号发射功率估计结果并直接执行步骤(6)；反之，更新能域非视距偏差平均值，即令并对q加1后返回步骤(5.3)；

(6)修正能时域测量模型：

将步骤(4)和步骤(5)确定的传输路径损耗系数和无线信号发射功率代入能域接收信号强度测量模型中，时域测量信息中的非视距偏差α_i用其平均值α替换，能域测量信息中的非视距偏差β_i用其平均值β替换，按下式确定修正后的时域到达时间测量信息能域接收信号强度测量信息

其中

(7)确定信号源位置坐标：

(7.1)构建能时域信息融合的信号源定位最小化函数表达式：

(7.2)将能时域信息融合的信号源定位最小化函数转化为广义信赖域子问题，初始化能时域非视距偏差平均值α和β，即令α＝0、β＝0；用k表示计算信号源位置估计值的实际次数，并令k＝1；

(7.3)采用二分法对广义信赖域子问题求解，得到第k次信号源的位置估计值根据下式求出当前能域非视距偏差平均值和时域非视距偏差平均值

(7.4)判断定位精度是否达到预期，即是否满足若满足，将此时的估计值确定为信号源位置的最终估计结果反之，更新能时域非视距偏差平均值，即令并对k加1后返回步骤(7.3)；

(8)输出信号源位置的最终估计结果