[发明专利]一种基于接收信号强度的加权半正定规划定位方法

说明书

本发明提供一种基于接收信号强度的加权半正定规划定位方法，对不同的接收信号强度数据设置权重，进一步改善目标节点定位性能。由于信号传播距离越远，接收信号强度测量误差越大，信号传播距离较远的接收信号强度权重值越小。本发明提供的技术方案首先介绍二维环境模型，给出半正定规划定位方法，然后提出加权半正定规划定位方法，以及权重设置方法。本发明提供的实验仿真结果表明相较于现有的技术方案，本发明提供的加权半正定规划定位方法明显提高了定位准确度。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于接收信号强度的加权半正定规划定位方法。

背景技术

在芯片技术、无线通信技术、微机电系统快速发展的背景下，功能多样且性能优异的无线传感器得以诞生。无线传感器节点不仅能够感知实际环境特征，如温度、湿度等，还能完成数据处理、节点之间信号传输等众多功能。无线传感器网络由众多无线传感器节点组成，具有自动组网、动态拓扑结构等特点。由于无线传感器网络拓扑结构是动态的，获取每一个无线传感器节点位置是无线传感器网络实际应用中首要、基础的步骤。

网络中的无线传感器节点根据是否预知节点位置被分为两类：参考节点和未知位置节点。参考节点在无线传感器网络中数量较少，其位置信息通过额外的方法来提前获取，如通过GPS设备或者人为手动部署等。未知位置节点的坐标并不能提前已知，但由于参考节点能够接收未知位置节点发射的无线信号，因而通过无线节点定位技术便可实现对这些未知位置节点的定位。未知位置节点是需要定位的对象，也被称为目标节点。

现有的无线传感器目标节点定位技术主要分为两类：基于非测距的目标节点定位技术和基于测距的目标节点定位技术。基于非测距的目标节点定位技术不需要估计无线传感器节点之间的距离，主要通过节点之间的连通性等信息对目标节点定位。而基于测距的目标节点定位技术通过节点之间的信号衰落大小、接收信号来源角度等信息估计节点之间的距离，再通过无线节点定位技术估计目标节点的坐标值，其中主要包括基于接收信号强度(Received Signal Strength Indication，RSSI)、信号抵达时间和信号抵达时间差等多种方法。在基于测距的目标节点定位技术中，基于RSSI的目标节点定位技术不仅有着较低的设备开销和通信开销，还有着较低的计算复杂度，并能达到令人满意的定位准确度。因此基于RSSI的目标节点定位技术不仅被广泛应用在多种场景中，还具有重要理论研究意义。

现有典型基于RSSI的定位方法主要有三种，包括三边测量法、极大似然估计法和半正定规划估计法。相对最简单的定位方法——三边测量法，极大似然估计法作为一种非凸优化定位方法，能够有效地减小噪声影响。半正定估计法通过松弛极大似然估计法的约束条件，使得凸优化方法能够被运用，因此实际中实用性最强。然而现有的半正定规划定位方案没有考虑到在实际信号传播环境中，信号传播距离越远，RSSI波动性越高，因而RSSI测量误差越大，从而导致定位性能下降。

发明内容

为解决现有技术存在的局限和缺陷，本发明提供一种基于接收信号强度的加权半正定规划定位方法，包括：

第i个参考节点接收到第j个未知位置节点的接收信号强度模型的表达式如下：

其中，p_ij^(dB)＝10log₁₀p_ij为接收信号强度p_ij的dB值，P_j为未知位置节点的发射信号强度，d_ij为两个节点之间的信号传播距离，α是大尺度信号衰落指数，高斯随机变量用于表征阴影衰落和噪声的影响；

设定第i个参考节点的坐标为x_i＝[a_i,b_i]，其中，a_i为二维平面的横轴坐标，b_i为二维平面的纵轴坐标，i＝1,2,…,I；