[发明专利]一种基于有偏差RSS量测的无线定位方法

说明书

一种基于有偏差RSS量测的无线定位方法，利用所有锚节点采集的有偏差RSS量测构造一个高维空间凸包，使得含目标点位置和传感器偏差的未知参数向量最大可能落入凸包之内，将凸包的顶点作为虚拟点；其次，在所得虚拟点的基础上建立一个带约束的最小二乘估计问题，求解得到凸组合系数；最后，用相应虚拟点的凸组合表示未知参数向量的估计，得到目标位置估计和传感器偏差估计，该方法在RSS量测有偏差情况下的定位精度明显好于现有未考虑偏差的定位方法。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络定位技术领域，特别涉及一种基于有偏差RSS量测的无线定位方法。

背景技术

无线定位技术通常基于目标点与锚节点之间无线信号的某种物理量测，例如信号到达角度、信号到达时间、信号到达时间差以及接收信号强度(Received SignalStrength,RSS)。其中，基于RSS量测的无线定位方法以其造价低、实现容易的优点广泛应用于诸多领域。特别地，它克服了卫星导航定位方法的一些不足，例如，在地下停车场等室内环境中，卫星信号变弱或消失导致定位系统无法工作。RSS定位方法利用不同锚节点的传感器采集关于目标节点的RSS量测，在一定量测模型(如对数正态阴影模型)的基础上，结合锚节点的位置量测，使用相关定位算法实现对目标位置的估计。

现有的RSS定位方法大多假设量测误差仅来源于随机噪声，且假设为零均值高斯分布特征。这些方法包括了传统的极大似然估计、最小二乘估计等非线性方法，也包括了线性和凸优化等方法。然而，这些方法仅适用于无偏的量测模型，即上述零均值高斯噪声的假设。在实际中，传感器采集RSS测量可能存在一定的系统偏差，其量值甚至大于随机噪声。此时，若采用传统的定位算法对有偏RSS量测进行处理，定位精度将很难得到保证。传感器系统偏差的来源包括：(1)环境误差，即由传感器的工作环境不是校验时的标准状态所引起，例如湿度、温度随时间变化；(2)安装误差，即由传感器的安装或放置不正确引起；(3)其它误差，即传感器在使用过程由于意外损害等故障因素导致偏差产生。含系统偏差的RSS量测方程是关于目标位置的非线性非凸函数，在定位中若忽略了这种偏差，特别是传感器网络中多个传感器同时存在偏差时，会对最终的定位精度产生极大的影响。基于上述背景，研究基于有偏差RSS量测的定位方法对于解决传感器采集RSS量测有偏差，提高定位精度具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有RSS定位技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于有偏差RSS量测的无线定位方法，基于凸组合的有偏RSS定位方法，使得在传感器采集量测存在偏差的情况下，依然能达到良好的定位精度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为:

一种基于有偏差RSS量测的无线定位方法，包括以下步骤：

步骤1：基于有偏RSS量测模型以及场景中所有N个锚节点在不同时刻k、不同位置y_k,j所采集的有偏差RSS量测P_k,j，构造一个凸包，凸包顶点称为虚拟点v_i：

具体为：

有偏RSS量测模型为：

其中，P_k,j为第j个锚节点在时刻k所采集的RSS量测，P₀为参考功率，Δ_j是第j个锚节点的传感器偏差，β为路径损失因子，d_k,j是第j个锚节点在时刻k的位置y_k,j与目标点位置x之间的距离，n_k,j为量测噪声，假设为零均值的高斯随机变量且方差为σ²，P₀，β，y_k,j，σ均已知，x和Δ_j未知待估；

令θ＝[x^T,Δ₁,...,Δ_N]^T，建立如下二次约束二次规划问题