一种基于多传感网络的水上搜救定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多传感网络的水上搜救定位方法，属于多传感器网络技术领域。本发明专利技术包括：传感器节点位置的获取，通过GPS和无线通信实时获取并交换自身位置坐标信息；建立传感器节点受力模型，将传感器节点抽象成势力场中的粒子，分析传感器节点间力的作用控制传感器节点的移动方向和距离；基于改进虚拟力算法的多传感器网络区域覆盖。本发明专利技术可以使多传感器网络实现区域的无缝覆盖，并对覆盖区域进行数据收集；光电成像系统利用灰度及温度差异确定搜索目标，利用三边定位算法确定并反馈目标坐标位置信息。

A water search and rescue location method based on multi-sensor network

The invention discloses a water search and rescue positioning method based on a multi-sensor network, which belongs to the field of multi-sensor network technology. The invention comprises the following steps: acquiring the position of sensor nodes, real-time acquiring and exchanging the position coordinate information of sensor nodes through GPS and wireless communication; establishing the force model of sensor nodes, abstracting sensor nodes into particles in the force field, analyzing the force action between sensor nodes to control the moving direction and distance of sensor nodes; It improves the area coverage of multi-sensor network based on virtual force algorithm. The invention can make the multi-sensor network realize the seamless coverage of the area and collect the data of the coverage area; the photoelectric imaging system determines the search target by using the gray level and the temperature difference, and uses the trilateral positioning algorithm to determine and feedback the position information of the target coordinates.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多传感网络的水上搜救定位方法
本专利技术属于多传感器网络
，具体涉及一种基于多传感网络的水上搜救定位方法。
技术介绍
多传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、微机电技术和无线通信技术，由部署在监测区域内的大量传感器节点组成，能够协同地完成实时监测、传感和采集目标对象的信息，并对其进行处理，传送给需要信息的用户。随着微机电系统、无线通信技术和大规模集成电路技术的发展，传感器信息技术的获取渐渐走向集成化、微型化和网络化的方向，多传感器网络也被认为是本世纪最重要的技术之一，它的发展和广泛应用，将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响。由于多传感器网络中的传感器节点成本低、功耗低、微型等优点，可以减少布置网络的时间和成本，可搭载平台广泛，能够适应恶劣的条件，因此被广泛应用于军事战场、戈壁沙漠、宇宙太空、海底深处等地域。本专利技术提出了一种运用改进虚拟力算法及三边定位算法将多传感器网络应用于水面无人搜救定位的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用改进虚拟力算法控制传感器节点分布，使多传感器网络覆盖搜救水域，全面收集信息，定位并反馈目标位置，实现对水面目标的无人搜救定位。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于多传感网络的水上搜救定位方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一传感器节点位置的获取；传感器节点根据其搭载平台的特点，选取通过GPS方式实时获取其自身定位的位置坐标，并通过无线通信方式与其他节点交换位置信息；步骤二建立传感器节点受力模型；将传感器节点抽象成势力场中的粒子，某个传感器节点对周围传感器节点有力的作用，根据距离的大小区别为引力和斥力；当两个传感器节点的距离小于距离阈值时，两者之间存在斥力，两者之间距离增大；当两个传感器节点的距离大于距离阈值时，两者之间则表现为引力，二者之间的距离缩短；传感器节点间的受力关系Fij：式中，wA表示引力系数；wR表示斥力系数；dij表示节点之间的欧式距离；dth表示距离阀值；aij是传感器节点的方位角；Rc表示节点的通信半径；若Fij为斥力，则Fxij＝|Fij|(xi-xj)/dijFyij＝|Fij|(yi-yj)/dij若Fij为引力，则Fxij＝|Fij|(xj-xi)/dijFyij＝|Fij|(yj-yi)/dij两个传感器节点之间的受力关系，Fij为：Fij＝Fxij+Fyij水平方向的虚拟力和为：Fx＝∑Fxij竖直方向的虚拟力和为：Fy＝∑Fyij水平方向与竖直方向合力的大小为：式中若Fxij，Fyij为负数，表明水平方向的分力向左，竖直方向的分力向下；根据以上分析得到无线传感器节点的受力详细情况，根据传感器节点的受力情况决定传感器节点受到虚拟力时移动的方向和距离：式中，(xiyi)为传感器节点初始的位置；(xi',yi')为移动后的位置；Fth为虚拟力分力的阈值，当受到的虚拟力的分力小于该值时，在该分力方向上传感器节点不移动；step为传感器节点移动的最大距离；步骤三基于改进虚拟力算法的多传感器网络区域覆盖；改进虚拟力算法：为减少虚拟力算法迭代次数，在传感器节点的受力模型上添加与距离相关的系数；节点在距离较近时，虚拟力足够大，使其快速扩散；节点间距离趋于距离阈值时，虚拟力足够小，使节点易于达到平衡；改进的节点间的虚拟力方程为：式中，d(si,sj)是节点i与节点j之间的欧几里德距离；U1为处于节点i通信范围内的节点的集合；步骤四定位未知位置目标；光电成像搜索系统利用灰度及温度的差异来搜索确定搜寻目标；确定目标后，已知自身位置坐标的传感器节点，通过三边定位算法，对未知位置目标进行定位；目标位置根据以下方程求解：式中，(x,y)为目标位置坐标；(x1,y2)、(x2,y2)、(x3,y3)分别为三个已知节点的坐标；d1、d2、d3分别为目标与三个节点间的距离。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术完成了对指定目标的水面无人搜救的任务，利用传感器节点的机动性，自动完成对勘察水域的覆盖，收集并分析信息，确定并反馈目标位置坐标，达到了无人搜救的目的；2、本专利技术使用改进的虚拟力算法控制传感器节点区域内的运动分布，克服了原始虚拟力算法运行速度慢的问题，使得传感器节点迅速分散并稳定在相应位置，减小能耗，增强多传感器网络的稳定性，并延长了多传感器网络的存活时长；3、本专利技术通过光电成像搜索系统对收集的监测水面成像进行处理，确定未知目标。这样无需目标自身携带传感器节点，减小对目标本身的要求，可以扩大目标适用范围。4、本专利技术通过改进虚拟力算法完成了多传感器网络对勘察水面的覆盖，通过三边定位算法确定并反馈目标位置，实现了对目标的水面无人搜救定位。附图说明图1是本专利技术传感器节点受力模型；图2是本专利技术基于改进虚拟力算法的传感器节点移动过程仿真结果；图3是本专利技术三边定位算法的原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的新概念减摇减阻船舶作出以下详细说明：为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合图1至图3和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明，其中，图1为传感器节点受力模型；图2是基于改进虚拟力算法的传感器节点移动过程仿真结果；图3是三边定位算法的原理图；具体实施例一本专利技术的目的按以下步骤实现：1.建立传感器节点受力模型将传感器节点抽象成势力场中的粒子，某个传感器节点对周围传感器节点有力的作用，可以根据距离的大小区别为引力和斥力。当两个传感器节点的距离小于距离阈值时，两者之间存在斥力，两者之间距离增大；当两个传感器节点的距离大于距离阈值时，两者之间则表现为引力，二者之间的距离缩短。据此，建立传感器节点受力模型，如图1所示。传感器节点间的受力关系Fij：式中，wA表示引力系数；wR表示斥力系数；dij表示节点之间的欧式距离；dth表示距离阀值；aij是传感器节点的方位角；Rc表示节点的通信半径。若Fij为斥力，则Fxij＝|Fij|(xi-xj)/dijFyij＝|Fij|(yi-yj)/dij若Fij为引力，则Fxij＝|Fij|(xj-xi)/dijFyij＝|Fij|(yj-yi)/dij两个传感器节点之间的受力关系，Fij为Fij＝Fxij+Fyij水平方向的虚拟力和为：Fx＝∑Fxij竖直方向的虚拟力和为：Fy＝∑Fyij水平方向与竖直方向合力的大小为：式中若Fxij，Fyij为负数，表明水平方向的分力向左，竖直方向的分力向下。根据以上分析可以得到无线传感器节点的受力详细情况，根据传感器节点的受力情况决定传感器节点受到虚拟力时移动的方向和距离：式中，(xiyi)为传感器节点初始的位置；(xi',yi')为移动后的位置；Fth为虚拟力分力的阈值，当受到的虚拟力的分力小于该值时，在该分力方向上传感器节点不移动；step为传感器节点移动的最大距离。2.改进虚拟力算法，并利用其控制传感器节点无缝覆盖勘察水域(1)改进虚拟力算法为减少虚拟力算法迭代次数，在传感器节点的受力模型上添加与距离相关的系数。节点在距离较近时，虚拟力足够大，使其快速扩散；节点间距离趋于距离阈值时，虚拟力足够小，使节点易于达到平衡。改进的节点间的虚拟力方程为：式中，d(si,sj)是节点i与节点j之间的欧几里德距离；U1为处于节点i通信范围内的节点的集合。(2)改进虚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多传感网络的水上搜救定位方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一 传感器节点位置的获取；传感器节点根据其搭载平台的特点，选取通过GPS方式实时获取其自身定位的位置坐标，并通过无线通信方式与其他节点交换位置信息；步骤二 建立传感器节点受力模型；将传感器节点抽象成势力场中的粒子，某个传感器节点对周围传感器节点有力的作用，根据距离的大小区别为引力和斥力；当两个传感器节点的距离小于距离阈值时，两者之间存在斥力，两者之间距离增大；当两个传感器节点的距离大于距离阈值时，两者之间则表现为引力，二者之间的距离缩短；传感器节点间的受力关系Fij：

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感网络的水上搜救定位方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一传感器节点位置的获取；传感器节点根据其搭载平台的特点，选取通过GPS方式实时获取其自身定位的位置坐标，并通过无线通信方式与其他节点交换位置信息；步骤二建立传感器节点受力模型；将传感器节点抽象成势力场中的粒子，某个传感器节点对周围传感器节点有力的作用，根据距离的大小区别为引力和斥力；当两个传感器节点的距离小于距离阈值时，两者之间存在斥力，两者之间距离增大；当两个传感器节点的距离大于距离阈值时，两者之间则表现为引力，二者之间的距离缩短；传感器节点间的受力关系Fij：式中，wA表示引力系数；wR表示斥力系数；dij表示节点之间的欧式距离；dth表示距离阀值；aij是传感器节点的方位角；Rc表示节点的通信半径；若Fij为斥力，则Fxij＝|Fij|(xi-xj)/dijFyij＝|Fij|(yi-yj)/dij若Fij为引力，则Fxij＝|Fij|(xj-xi)/dijFyij＝|Fij|(yj-yi)/dij两个传感器节点之间的受力关系，Fij为：Fij＝Fxij+Fyij水平方向的虚拟力和为：Fx＝∑Fxij竖直方向的虚拟力和为：Fy＝∑Fyij水平方向与竖直方向合力的大小为：式中若Fxij，F...

【专利技术属性】
技术研发人员：张潇月，丁福光，王元慧，王成龙，刘向波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23