[发明专利]基于目标跟踪的无线通信网络中节点定位方法和系统

说明书

本发明提供了基于目标跟踪的无线通信网络中节点定位方法，包括如下步骤：根据目标和节点间的几何关系，确定目标的估计位置；根据接收目标信号的强度，将节点由强到弱进行排序，采用目标分布式协同方法实现目标跟踪；根据节点位置坐标和估计轨迹的关系确定选定的节点；建立选定节点定位模型以及无线信号传播路径损耗向量模型，选定节点接收信标节点的无线射频信号数据，根据建立的无线射频信号传输模型，输出目标与信标节点之间的距离参数；根据目标与信标节点之间的距离参数进行选定节点的坐标计算，完成定位；本发明提供的基于目标跟踪的无线通信网络中节点定位方法，在保障精确定位的同时，减少系统能耗，延长网络寿命。

技术领域

本发明涉及无线通信网络领域，特别是指基于目标跟踪的无线通信网络中节点定位方法和系统。

背景技术

随着无线通信技术、微机电系统和传感技术的迅速发展，无线传感器网络的应用领域已经越来越广泛。传感器网络通常由体积小、价格低廉的传感器节点构成，这些节点具有信息收集、处理、存储和转发的能力。无线传感器网络可以应用在环境监测、战场监视和状态检修等方面，而在众多应用中，节点定位和跟踪一直是无线传感器网络应用研究的重点。如何提高移动节点的定位和跟踪准确度、改善无线传感器网络的能量有效性是基于无线传感器网络的移动节点定位和跟踪研究的关键技术。

尽管将无线传感器网络运用于目标跟踪时具有很多优势，但是同时也面临着许多挑战。比如，传感器节点经常遭受周围环境的影响，无线链路容易受到干扰，因此要求跟踪算法具有良好的鲁棒性。再比如，如何利用尽量少的能源来实现高效精确的定位与跟踪，以达到能量消耗与定位跟踪精度折中等等。解决这些问题，需要依靠能耗有效的通信协议、分布式的信息处理和准确有效的定位跟踪机制等。

但现阶段基于雷达和传感器网络，人们提出了很多行之有效的目标定位跟踪算法，但是该场景要求目标时时刻刻在感知设备的监控下，该条件使得在感知设备稀疏或损坏的条件下，定位跟踪的精度大打折扣。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出基于目标跟踪的无线通信网络中节点定位方法，首先通过目标位置估计确定目前跟踪，根据改进的最近点的目标跟踪算法，建立选定节点定位模型以及无线信号传播路径损耗向量模型，最终确定选定节点的坐标计算，完成定位，保障精确定位的同时，减少系统能耗，延长网络寿命。

本发明采用如下技术方案：

基于目标跟踪的无线通信网络中节点定位方法，包括如下步骤：

采用传感器节点检测到的目标信号的测量值和节点自身的位置，根据目标和节点间的几何关系，确定目标的估计位置；

根据接收目标信号的强度，将节点由强到弱进行排序，并计算节点之间连线的夹角，采用目标分布式协同方法实现目标跟踪；

根据改进的最近点的目标跟踪算法（Enhanced Closest Point of Approach，ECPA），首先设定监测区域， 再确定目标的估计轨迹，根据节点位置坐标和估计轨迹的关系确定选定的节点；

建立选定节点定位模型，根据监测区域确定坐标系象限，建立无线信号传播路径损耗向量模型，监测区域中包括确认自身准确位置坐标的信标节点；

选定节点接收信标节点的无线射频信号数据，根据建立的无线射频信号传输模型，输出目标与信标节点之间的距离参数；

根据目标与信标节点之间的距离参数进行选定节点的坐标计算，完成定位。

具体地，根据接收目标信号的强度，将节点由强到弱进行排序，并计算节点之间连线的夹角，采用目标分布式协同方法实现目标跟踪，具体包括：

根据接收目标信号的强度，将节点由强到弱进行排序，选定信号强度最强的三个节点，确定三个节点之间连线的内角；