高精度AOA分簇定位方法技术

本发明专利技术涉及一种高精度AOA分簇定位方法，使用分簇算法对节点群进行分簇，在簇内进行簇首选择，新加入的节点自动选择最近的一个簇加入，每个节点内部都根据信号发射方向进行角度测量，完成上述步骤之后根据AOA测距算法计算两节点之间距离，然后获取相对坐标，由簇首发送到总簇首汇总后计算出事实坐标。本发明专利技术使分簇算法的每个节点具有自探测能力，用坐标算法算出相应于簇首的坐标，本发明专利技术让分簇只在初始时进行一次，每个簇内无簇首或能量低时，对簇首进行重选举，再将信息发送给总簇，实现了range-based的分簇定位算法，根据实验结果，本发明专利技术算法保留了快速部署、能量效率高、高精度的优点，这种算法适用于不松散部署的无线网络。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络的高精度AOA分簇定位方法。
技术介绍
1992年AT&T Laboratories Cambridge开发出室内定位系统Active Badge。迄今为止，各种各样的定位算法层出不穷，每一种定位系统和算法都用来解决不同的问题或支持不同的应用。根据定位算法的算法是否需要测距来分，定位算法可以分为range-base和range-free俩种；根据算法中对节点位置的计算方式，可以分为集中式定位和分布式定位。其次还可以根据算法的功能来分，比如水下定位，室内定位，室外定位等。range-based常用的测距技术有RSSI、AOA、TOA、TDOA。RSSI(receive signal strength indicator)功率低、成本低，但是容易产生较大误差。AOA(angle of arrive)需要额外的硬件，同时可能受信号折射的影响。TOA(Time of arrive)需要节点之间精确的时间同步，不仅会增加硬件的消耗，而且很容易因环境造成错误。TDOA(Time different of arrive)需要额外的硬件来发射与信号不同步的介质，通常为超声波。受外界影响十分大，而且这种方式的传播距离不广，需要密集部署。为了减少这些算法的误差，一般采用多次测量，以及循环求精定位。所以一般来说，range-based的算法都不适用于低功耗、低成本的领域。Range-free的定位方案有DV-Hop、凸规划、分簇算法等。DV-Hop定位算法是由美国罗格斯大学的Dragos Niculescu等人提出的，基本原理是通过洪泛的方式向整个网络传播位置信息和跳数信息，其中信息发起的节点位置为0，然后根据跳的数量，乘以平均跳数距离，得出每个节点到信息发起节点的距离。然后通过三边定位或者最小二乘法得出该节点的坐标值。凸规划定位算法属于集中式定位算法，加州大学伯克利分校Doherty等人将节点间点到点的通信连接视为节点位置的几何约束，把整个网络模型化为一个凸集，从而将节点定位问题转化为凸约束优化问题，然后使用半定规划和线性规划方法得到一个全局优化的解决方案，确定节点位置。分簇算法，就是先将各个节点划分成簇，并通过轮换机制将各个簇的簇首更换，这样可以使得能量消耗更为均衡，利用率更高，然后通过相对坐标的方式，得出所有节点的坐标。但是这样仍然具有的缺点就是，因为每个簇是在各自的簇内进行定位，一旦产生误差，最后的误差也会越来越大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快速、又高精度的定位算法，应用AOA测距算法、分簇算法进行混合设计，专利技术一种适用于要求多节点，快速部署，高精度，自动管理的无线传感网络。为实现上述目的本专利技术的具体方案如下：一种高精度AOA分簇定位方法，使用分簇算法对节点群进行分簇，然后在簇内进行簇首选择，新加入的节点自动选择最近的一个簇加入，每个节点内部都根据信号发射方向进行角度测量，完成上述步骤之后根据AOA测距算法计算两节点之间距离，然后获取相对坐标，由簇首发送到总簇首汇总后计算出事实坐标。优选的，所述的高精度AOA分簇定位方法包括以下步骤：1)发送广播，确定自身与周边所有锚节点的连通；2)在一个圆形区域内，选取一个节点作为坐标原点，如果存在两颗或以上的条件相同的节点，则自动选取这几个节点的中心点作为坐标原点，当确定了总簇首之后，从簇总节点再次广播；3)根据簇总节点位置，周边节点自动划分所属的簇，随机从边上选取距离1～3个跳的节点作为簇首；4)确定所有簇首之后，再次广播，获取所需角度，以AOA算法确定与簇相邻的节点的位置信息，然后以类似广播的方式，将所有节点的位置信息计算出来；5)由最开始知道的总簇首坐标，每个节点自己测试自己与簇首，总簇首的夹角，并由此得出该坐标的数据，与原来的数据一起取平均值；优选的，所述步骤3)中分簇算法如下：31)d(S＝S1)节点N(d)＝{a，b，c，g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度AOA分簇定位方法，其特征在于：使用分簇算法对节点群进行分簇，然后在簇内进行簇首选择，新加入的节点自动选择最近的一个簇加入，每个节点内部都根据信号发射方向进行角度测量，完成上述步骤之后根据AOA测距算法计算两节点之间距离，然后获取相对坐标，由簇首发送到总簇首汇总后计算出事实坐标。

【技术特征摘要】
1.一种高精度AOA分簇定位方法，其特征在于：
使用分簇算法对节点群进行分簇，然后在簇内进行簇首选择，新加入的节点自动选择最近的一个簇加入，每个节点内部都根据信号发射方向进行角度测量，完成上述步骤之后根据AOA测距算法计算两节点之间距离，然后获取相对坐标，由簇首发送到总簇首汇总后计算出事实坐标。
2.如权利要求1所述的高精度AOA分簇定位方法，其特征在于包括以下步骤：
1)发送广播，确定自身与周边所有锚节点的连通；
2)在一个圆形区域内，选取一个节点作为坐标原点，如果存在两颗或以上的条件相同的节点，则自动选取这几个节点的中心点作为坐标原点，当确...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢冬青，黄琦，黄海，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44