【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线定位，特别地涉及一种激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法和一种激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位装置。
技术介绍
1、随着无线电传感器技术的发展，无线传感器网络(wsn)定位技术正在受到越来越多的关注。在室内环境中，由于全球导航卫星系统(gnss)的信号因受到墙体的遮挡而不可用，因此基于wsn的定位方案已经大量用于为室内环境中的用户提供定位服务。
2、在现有的无线传感器节点室内定位技术中，主要通过测量节点当前位置的信号特征或节点与其他节点的距离或角度等几何关系来实现定位。在这些技术中，往往需要事先测量各个位置的信号特征或是需要提前测绘出参考节点的实际位置，然而这种耗时的准备工作可能很大程度上影响定位系统的灵活性，限制其应用场景，比如，在人工难以到达的洞穴或是突发的救灾场景中，往往难以事先完成复杂的测量测绘工作。因此，很多现有技术注于传感器节点在不具备外部参考基准条件下的自定位技术，例如，通过无线电测距技术，具体地通过节点之间的信号收发实现节点相互测距，从而计算出各个节点的相对位置，实现无预布设条件下wsn的自主定位。
3、现有无线传感器节点自定位技术主要存在两个问题，其中一个问题在于，室内环境中，因多径、干扰的影响，定位精度不够高，定位误差较大；另一个问题(即，参考配准问题)在于，wsn在无外部参考条件下，通过节点相互测量完成自定位而获得的仅是一组相对坐标，难以实现坐标值到物理世界的映射。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请提出了
2、根据本申请的实施方式，激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法可用于在室内通过激光雷达辅助多个无线传感器节点进行自定位，该室内包含至少一个物体，所述多个无线传感器节点设置在所述至少一个物体的表面上，该激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法可包括：
3、可通过多个无线传感器节点互相测距获得距离测量值集合，并且可通过激光雷达获得所述室内的点云地图；
4、可根据距离测量值集合和所述点云地图，获得所述多个无线传感器节点在点云地图中的初步自定位结果；
5、可基于点云地图与距离测量值集合构建相应无线传感器节点的距离约束代价函数；
6、在点云地图中，可以以无线传感器节点为球心并以特定半径选取球体范围作为相应无线传感器节点的局部地图；
7、可在局部地图中通过平面拟合以及有限圆形区域近似来构建相应无线传感器节点的空间约束代价函数；
8、可基于空间约束代价函数与距离约束代价函数构建完整代价函数；以及
9、以初步自定位结果为初值，获得使完整代价函数取得最小值的函数变量的取值，并将该取值作为无线传感器节点的精确自定位结果。
10、在根据本申请实施方式的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法中，
11、可根据距离测量值集合获得所述多个无线传感器节点的节点相对坐标；以及
12、可将所述多个无线传感器节点相对坐标与点云地图进行初步坐标系匹配，以获得所述多个无线传感器节点在点云地图中的自定位结果。
13、在根据本申请实施方式的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法中，空间约束代价函数可被构建为：
14、
15、其中，h′(x)表示空间约束代价函数，
16、n表示无线传感器节点的集合，n＝{1,…,n}，
17、n表示无线传感器节点，n∈n,
18、xn表示无线传感器节点n的坐标，
19、表示无线传感器节点n的齐次坐标，
20、pn表示任意无线传感器节点n在所述局部地图中通过平面拟合获得的无线传感器节点n所依附的多个平面的集合，
21、表示将所述多个平面归一化后的平面表示参数，
22、
23、其中，在所述点云地图中选取以无线传感器节点n的xn为球心、以半径为rn为半径的球作为所述局部地图，mn表示所述局部地图，m表示所述点云地图，其中
24、在根据本申请实施方式的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法中，空间约束代价函数可被进一步构建为：
25、
26、其中，h(x)表示空间约束代价函数，
27、n表示无线传感器节点的集合，n＝{1,…,n}，
28、n表示无线传感器节点，n∈n，
29、xn表示无线传感器节点n的坐标，
30、表示无线传感器节点n的齐次坐标，
31、pn表示任意无线传感器节点n在局部地图中通过平面拟合获得的无线传感器节点n所依附的多个平面的集合，
32、表示将所述多个平面归一化后的平面表示参数，
33、
34、表示拟合圆形区域的圆心，
35、rn,p表示拟合圆形平面的圆心，
36、表示无线传感器节点xn到拟合圆形区域所在平面的点面间距，
37、表示无线传感器节点xn在拟合圆形区域所在平面的投影与圆心的距离，
38、a表示大数值系数，
39、l是运算符，表示l(x)＝max(0,x)。
40、在根据本申请实施方式的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法中，距离代价函数可被构建为：
41、
42、其中，xn表示第n个无线传感器节点，
43、xi表示第i个无线传感器节点，
44、表示第n个无线传感器节点与第i个无线传感器节点的距离。
45、在根据本申请实施方式的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法中，完整代价函数可被构建为：
46、
47、其中，f(x)表示完整代价函数，
48、n表示无线传感器节点的集合，n＝{1,…,n}，
49、n表示无线传感器节点，n∈n，
50、xn表示无线传感器节点n的坐标，
51、表示无线传感器节点n的齐次坐标，
52、pn表示任意无线传感器节点n在局部地图中通过平面拟合获得的无线传感器节点n所依附的多个平面的集合，
53、表示将所述多个平面归一化后的平面表示参数，
54、
55、xn表示待确定归属平面的无线传感器节点，
56、表示拟合圆形区域的圆心，
57、rn,p表示拟合圆形平面的圆心，
58、表示无线传感器节点xn到拟合圆形区域所在平面的点面间距，
59、表示点xn在拟合圆形区域所在平面的投影与圆心的距离，
60、a表示大数值系数，
61、l表示l(x)＝max(0,x)，
62、xi表示第i个无线传感器节点，
63、表示第n个无线传感本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，用于在室内通过激光雷达辅助多个无线传感器节点进行自定位，所述室内包含至少一个物体，所述多个无线传感器节点设置在所述至少一个物体的表面上，所述激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法包括：
2.根据权利要求1所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，
3.根据权利要求1或2所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，所述空间约束代价函数被构建为：
4.根据权利要求3所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，所述空间约束代价函数被进一步构建为：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，所述距离代价函数被构建为：
6.根据权利要求1-5中任一项所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，所述完整代价函数被构建为：
7.根据权利要求6所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，所述获得使所述完整代价函数取得最小值的变量的取值包括：
8.一种激光
9.根据权利要求8所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位装置，所述初步定位模块被配置为：
10.根据权利要求8或9所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位装置，其中，所述空间约束代价函数被构建为：
11.根据权利要求10所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位装置，其中，所述空间约束代价函数被进一步构建为：
12.根据权利要求8-11中任一项所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位装置，其中，所述距离代价函数被构建为：
13.根据权利要求8-12中任一项所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位装置，其中，所述完整代价函数被构建为：
14.根据权利要求8-13中任一项所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位装置，其中，所述精确定位模块被配置为：
...【技术特征摘要】
1.一种激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，用于在室内通过激光雷达辅助多个无线传感器节点进行自定位，所述室内包含至少一个物体，所述多个无线传感器节点设置在所述至少一个物体的表面上，所述激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法包括：
2.根据权利要求1所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，
3.根据权利要求1或2所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，所述空间约束代价函数被构建为：
4.根据权利要求3所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，所述空间约束代价函数被进一步构建为：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，所述距离代价函数被构建为：
6.根据权利要求1-5中任一项所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，所述完整代价函数被构建为：
7.根据权利要求6所述的激光雷达辅助的室内无线传感器节点自定位方法，其中，所述获得使所述完整代价函数取得最小值的变量的取值包括：
8....
【专利技术属性】
技术研发人员：张伟成，苏靖轩，
申请(专利权)人：星熠白泽南京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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