[发明专利]基于测量距离的刚体定位方法

说明书

本发明公开了一种基于测量距离的刚体定位方法，其先建立每个目标源到各个锚节点的测量距离的模型；然后根据最小化噪声平方和建立带约束的最大似然估计模型，对最大似然估计模型中的目标函数和约束进行重构和松弛，得到半正定规划形式；接着对半正定规划形式求得的结果进行修正，得到刚体定位的最大似然估计问题的可行解；最后对修正后的结果进行优化，提高估计性能；优点是充分利用了关于旋转矩阵的性质约束，对旋转矩阵和位置矢量进行联合估计，从而能够提高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的稳健性和定位精度。

技术领域

本发明涉及一种目标定位方法，尤其是涉及一种基于测量距离的刚体(即有固定形状的物体)定位方法，其通过对刚体的旋转和位置进行估计来实现定位。

背景技术

近些年来，无线传感器技术的进步使得无线传感器网络(WSN)在与定位导航、监控和控制相关的不同领域得到了广泛应用。在很多实际应用中，精确估计刚体的旋转和位置是非常重要的，如机器人、航天飞船、水下交通工具等等。因此，对无线传感器网络中刚体的定位方法的研究十分有必要。

目前，对于无线传感器网络中刚体的定位方法中，使用较多的是基于测量距离的方法，其优点是测量系统复杂度低，可实现高精度的定位结果。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，现有的基于测量距离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基于测量距离的刚体定位方法，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，也能对刚体的旋转和位置进行精确估计。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于测量距离的刚体定位方法，其特征在于包括以下步骤：

①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传感器；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，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个传感器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，a_m表示第m个锚节点在全局参考坐标系中的坐标位置，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，c₁,…,c_i,…,c_N已知，c₁表示第1个传感器在局部参考坐标系中的坐标位置，c_i表示第i个传感器在局部参考坐标系中的坐标位置，1≤i≤N，c_N表示第N个传感器在局部参考坐标系中的坐标位置，刚体运动为刚体旋转或位移或旋转和位移；

②使刚体运动，将刚体运动后N个传感器在全局参考坐标系中的坐标位置对应记为s₁,…,s_i,…,s_N；然后获取每个传感器到各个锚节点的测量距离，将第i个传感器到第m个锚节点的测量距离记为r_mi；其中，s₁,…,s_i,...,s_N未知，s₁表示刚体运动后第1个传感器在全局参考坐标系中的坐标位置，s_i表示刚体运动后第i个传感器在全局参考坐标系中的坐标位置，s_N表示刚体运动后第N个传感器在全局参考坐标系中的坐标位置；