[发明专利]一种基于到达角度的分布式无线传感网络的节点定位方法

摘要

本发明公开了一种基于到达角度的分布式无线传感网络的节点定位方法，该方法下每个节点无需配备类似指南针的设备来统一局部坐标系的方向，这增加了算法适应场景的能力，在复杂的场景无法配备指南针的时候仍然适用。同时本发明方法是线性的，计算简洁方便，并且具有指数收敛性质，收敛速度快，而且算法能保证全局收敛性，说明随机选取初始估计值的情况下不会陷入局部最优值，算法稳定性好；且本发明只需要两个锚节点，避免了大量安装GPS带来的高价格。

主权项

1.一种基于到达角度的分布式无线传感网络的节点定位方法，包括如下步骤：(1)对于网络中未安装GPS的任一节点l，确定其邻居节点集合N_l并通过传感器测量节点l坐标系下每个邻居节点至节点l的到达角度；(2)对于邻居节点集合N_l中的任一节点i，根据所述的到达角度计算节点i相对节点l的角度权重，同时使非邻居节点相对节点l的角度权重均设为0；计算节点i相对节点l的角度权重，具体过程如下：2.1从邻居节点集合N_l中找出所有关于节点i与l的三点邻居组合，所述的三点邻居组合包含节点l、节点i以及另外一个属于邻居节点集合N_l中的节点且这三个节点互为邻居节点；2.2对于任一三点邻居组合，该组合包含节点l、节点i以及节点j；通过以下算式计算节点l相对节点j的旋转矢量v_jl：其中：为节点l坐标系下节点j至节点l的到达角度，为节点j坐标系下节点l至节点j的到达角度，τ为虚数单位；2.3通过以下算式计算节点l坐标系下节点i至节点j的到达角度其中：为节点j坐标系下节点i至节点j的到达角度；2.4使参数q_l＝0，参数通过以下方程组求解出参数q_i：其中：为节点l坐标系下节点i至节点l的到达角度，Re()表示对()内复数取实部，()^*表示()内复数的共轭；2.5通过以下公式计算节点j相对节点l的局部角度权重w_lj以及节点i相对节点l的局部角度权重w_li：其中：θ_lj和ρ_lj分别为(q_j‑q_l)内复数的幅角和模，θ_li和ρ_li分别为(q_i‑q_l)内复数的幅角和模；2.6根据步骤2.2～2.5遍历所有三点邻居组合，得到N个关于节点i相对节点l的局部角度权重w_li，进而根据以下公式计算出节点i相对节点l的角度权重W_li：其中：N为所有关于节点i与l三点邻居组合的种数，为在第n种三点邻居组合中节点i相对节点l的局部角度权重；(3)根据步骤(1)～(2)遍历网络中所有未安装GPS的节点；对于网络中安装GPS的任一节点s，使其邻居节点或非邻居节点相对节点s的角度权重均设为0；进而根据得到的所有角度权重通过以下公式计算出网络的迭代步长ε；其中：|| ||₁表示L1范数，|| ||_∞表示无穷范数，H为角度权重矩阵，其表达式如下：其中：W_pk为网络中第k节点相对第p节点的角度权重，第k节点相对其自身的角度权重W_kk＝0，p和k均为自然数且1≤p≤M，1≤k≤M，M为网络中所有节点的个数；(4)对于节点l，通过接收其邻居节点所提供的相关信息并根据迭代步长ε，基于以下迭代方程组求解出节点l自身的位置坐标值：其中：p_l(t)和p_l(t+1)分别为第t次迭代和第t+1次迭代节点l的位置坐标值，ζ_l(t)和ζ_l(t+1)分别为第t次迭代和第t+1次迭代节点l的辅助变量，W_il为节点l相对节点i的角度权重，为W_il的共轭复数，W_li为节点i相对节点l的角度权重，p_i(t)和ζ_i(t)分别为第t次迭代节点i的位置坐标值和辅助变量，t为迭代次数；若节点i安装有GPS，则其各次迭代下的辅助变量均为0，其各次迭代下的位置坐标值均为其通过GPS测量得到的真实位置坐标数据。