无线传感网随机部署下的目标定位方法技术

本发明专利技术公开了一种无线传感网随机部署下的目标定位方法，具体包括如下步骤：步骤一，构建无线传感器网络；步骤二，参考数据采集；步骤三，实时检测各条链路的RSSI值；步骤四，选取三条受影响链路；根据选出的三条链路形成的交点的三种不同分布情况，确定目标可能位置区域；步骤五，根据目标在M×N个可能位置点处时三条链路的RSSI估计值和实际测得的三条链路的RSSI值确定目标的位置。本发明专利技术的方法无需无线传感网节点的规则部署，能够适应复杂多变的野外环境，通过无线传感网络随机部署情况下对大规模场景区域中的目标进行检测定位，省时省力，定位结果准确，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，具体包括如下步骤：步骤一，构建无线传感器网络；步骤二，参考数据采集；步骤三，实时检测各条链路的RSSI值；步骤四，选取三条受影响链路；根据选出的三条链路形成的交点的三种不同分布情况，确定目标可能位置区域；步骤五，根据目标在M×N个可能位置点处时三条链路的RSSI估计值和实际测得的三条链路的RSSI值确定目标的位置。本专利技术的方法无需无线传感网节点的规则部署，能够适应复杂多变的野外环境，通过无线传感网络随机部署情况下对大规模场景区域中的目标进行检测定位，省时省力，定位结果准确，具有较好的应用前景。【专利说明】
本专利技术属于无线网络的应用领域，具体涉及一种在无线传感网随机部署情况下进行目标被动式定位的方法，该方法应用于野生动物的定位。
技术介绍
野生动物在自然界中具有重要的生态地位和功能，如何有效对其进行监测与保护，显得尤为重要。传统的野生动物保护多采用人工方式手工记录、统计，存在很多弊端，如:缺乏长期性、实时性，也有一定的困难性和危险性，另外，难以对获取的数据进行时间、空间、现象的综合分析。无线传感器网络的出现，为解决上述问题提供了技术支撑。无线传感器网络是由部署在被监测区域的大量分布式传感器节点组成的，它综合了传感器技术、无线通信技术、嵌入式技术和计算机技术等多种领域技术，通过各种类型的传感器对物质的性质、环境的状态以及行为模式等信息进行大规模、长期、实时的获取，并通过802.15.4通信协议以自组织的方式将感知数据传送至远程数据中心。其中，基于无线传感器网络的定位技术为野生动物的活动轨迹监测提供了有效解决方案。目前，利用无线传感网进行目标定位的研究已经取得了一些进展，依据其定位的基本原理可以分为:主动式定位和被动式定位。主动式定位通常是通过目标携带相关设备与部署区域中的节点通信，节点获取相应信号，并对其进行处理，从而实现目标定位。目标位置的不同会引起节点获得信号的不同，因此通过建立起接收的信号和目标位置的对应函数关系，对目标进行定位。这种方法定位精度较高，但是让目标携带相应的电子标签不仅难度过大，而且还会影响其正常生活，因此，主动式定位难以得到较好的应用。被动式定位不需要目标携带相应的设备，其利用目标在不同的位置对网络的影响来进行目标定位，RSSI (Received Signal Strength Indicator)信号是被动式定位常用的监测参数，目标在不同位置处，会对链路的RSSI值造成不同影响，从而可以通过监测得到的链路RSSI值得到目标的位置，这种定位方法已经取得了一些进展。如图1(a)所示，张滇等将传感器节点均匀部署在监测区域中，相邻的节点进行通信，目标在区域内活动会对两个通信的节点造成干扰。通过对目标在不同位置处，节点间链路受到的的无线电信号RSSI干扰进行量化标定，建立位置与RSSI值干扰之间的关系。当全网收到一组变化的RSSI值时，可以推出物体所在的位置。如图1 (b)所示，Joseph Wilson等将传感器节点均勻部署在定位区域四周，所有节点两两之间洪范通信。目标在区域内活动会对两个通信的节点造成干扰，当全网节点收到一组变化的RSSI值时，可以推出物体所在的位置。如图1(c)所示，张滇等在定位区域中将节点部署成六边形，六边形的中心部署一个发射节点，该节点同各个顶点的节点通信。与上述方法类似，目标在不同位置处对链路RSSI干扰不同，建立位置与RSSI值之间的关系。当全网节点收到一组RSSI变化值时，可以推出物体所在的位置。另外，本专利技术的 申请人:课题组申报的中国专利(专利号:ZL201210059809.2)记载的名称为:一种面向野生动物的无线传感器网络的目标定位方法，包括构建无线传感器网络、参考数据采集、确定目标是否进入监测区域、确定目标进入哪个小三角形、确定目标相对三角形的精确位置、确定目标的实际地理位置等步骤，该方法适合稀疏部署场景，能满足在保证一定的目标定位正确率的前提下，通过网络的稀疏部署，用最少的节点有效的监测目标，以获取其位置信息的需求。上述现有的四种方法被动式定位方法均要求节点规则部署，对于大规模场景，这种部署方式显然要花费大量的精力和资源，而且野外环境复杂多变，多数情况下无法完成对节点的规则部署，因此，上述方法难以适用于大规模野外环境下的目标定位。
技术实现思路
针对上述现有定位方法存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种，该方法无需无线传感网规则部署，能够适应复杂多变的野外环境，实现了在无线传感网络随机部署情况下对大规模场景区域中的目标进行检测定位。 为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案:一种无线传感网随机部署下的被动式目标定位方法，具体包括如下步骤:步骤一，构建无线传感器网络:在监测区域的内外边界处以及监测区域内部随机部署传感器节点，得到无线传感器网络；步骤二，参考数据采集:测定无线传感器网络中各条链路的RSSI值，得到无目标影响下每条链路的RSSI值，分别记为g,Gf,...,Gf,...，其中k表示链路的编号；步骤三，实时检测:实时检测各条链路的RSSI值，当第k条链路在t时刻的RSSI值与之间的变化量满足ΔGk≥2dB时，即认为该条链路受目标影响，将此时的RSSI值记为G实测k,即G实测k=Gtk步骤四，确定目标可能位置区域:( I)选取三条受影响链路:若恰好只有三条链路受到影响，则选择这三条链路；若受影响的链路总数大于3，则在受到影响的所有链路中选择三条链路；(2)根据选出的三条链路形成的交点的三种不同分布情况，确定目标可能位置区域。A):三条链路交于一个交点，则以该交点为圆心，以目标影响范围r为半径形成的圆作为目标可能位置区域；B):三条链路相交形成距离不大于2r的两个交点，则以该两交点连线的中点为圆心，以影响范围r为半径形成的圆作为目标的可能位置区域；C):三条链路形成三个交点的情况分为以下两种:I)三个交点所形成的三角形存在至少一条长度不大于2r的边，则以长度不大于2r的边中任一边的中点为圆心，以影响范围r为半径形成的圆作为目标可能位置区域；2)三个交点所形成的三角形的任意边的边长均大于2r，则分别以该三角形的三个顶点为圆心，以影响范围r的两倍为半径形成三个圆；将该三个圆中与三角形的每条边均有交点的圆作为目标可能位置区域；确定的目标可能位置区域均为圆形区域，将该圆形区域的外接正方形区域作为最终的目标可能位置区域；步骤五，目标定位:将最终的目标可能位置区域均匀划分为MXN个格子，取每个格子的中心为I个可能的位置点，共得到MXN个可能位置点，将它们的位置分别记为:1M，I1^2,…，Iiij,…1.丄M，N，对MXN个可能位置点，每个点按下式对选中的三条链路a、b、c分别计算RSSI估计值:【权利要求】1.一种无线传感网随机部署下的被动式目标定位方法，其特征在于，具体包括如下步骤: 步骤一，构建无线传感器网络: 在监测区域的内外边界处以及监测区域内部随机部署传感器节点，得到无线传感器网络； 步骤二，参考数据采集: 测定无线传感器网络中各条链路的RSSI值，得到无目标影响下每条链路的RSSI值，分别记为 2.如权利要求1所述的无线传感网随机部署下的被动式目标定位方法，其特征在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感网随机部署下的被动式目标定位方法，其特征在于，具体包括如下步骤：?步骤一，构建无线传感器网络：?在监测区域的内外边界处以及监测区域内部随机部署传感器节点，得到无线传感器网络；?步骤二，参考数据采集：?测定无线传感器网络中各条链路的RSSI值，得到无目标影响下每条链路的RSSI值,分别记为其中k表示链路的编号；?步骤三，实时检测：?实时检测各条链路的RSSI值，当第k条链路在t时刻的RSSI值与之间的变化量满足ΔGk≥2dB时，即认为该条链路受目标影响，将此时的RSSI值记为即步骤四，确定目标可能位置区域：?（1）选取三条受影响链路：?若恰好只有三条链路受到影响，则选择这三条链路；若受影响的链路总数大于3，则在受到影响的所有链路中选择三条链路；?（2）根据选出的三条链路形成的交点的三种不同分布情况，确定目标可能位置区域。?A)：三条链路交于一个交点，则以该交点为圆心，以目标影响范围r为半径形成的圆作为目标可能位置区域；?B)：三条链路相交形成距离不大于2r的两个交点，则以该两交点连线的中点为圆心，以影响范围r为半径形成的圆作为目标的可能位置区域；?C)：三条链路形成三个交点的情况分为以下两种：?1）三个交点所形成的三角形存在至少一条长度不大于2r的边，则以长度不大于2r的边中任一边的中点为圆心，以影响范围r为半径形成的圆作为目标可能位置区域；?2）三个交点所形成的三角形的任意边的边长均大于2r，则分别以该三角形的三个顶点为圆心，以影响范围r的两倍为半径形成三个圆；将该三个圆中与三角形的每条边均有交点的圆作为目标可能位置区域；?确定的目标可能位置区域均为圆形区域，将该圆形区域的外接正方形区域作为最终的目标可能位置区域；?步骤五，目标定位：?将最终的目标可能位置区域均匀划分为M×N个格子，取每个格子的中心为1个可能的位置点，共得到M×N个可能位置点，将它们的位置分别记为：l1,1，l1,2，…，li,j，…lM,N；?对M×N个可能位置点，每个点按下式对选中的三条链路a、b、c分别计算RSSI估计值：?式中，k表示步骤四选出的三条链路的编号，k∈(a,b,c)；表示目标在第（i，j）个位置点，即li,j处时，第k条链路的RSSI估计值；G噪表示噪声或电量引起的波动，取?2～2dB；C(x),S(x)表示菲涅尔积分，其中，λ为电磁波波长，对使用2.4GHz波段的节点而言，λ＝0.125m；d1、d2分别表示目标可能位置点li,j在链路上的投影点距链路发送节点和接收节点的距离；目标可能位置点li,j距?链路的垂直距离为D；以第k条链路中点为坐标原点，发送节点指向接收节点的方向为Y轴，链路中垂线所在直线为X轴，其中Y轴正半轴绕坐标原点逆时针旋转90度方向为X轴的正半轴，建立直角坐标系，当目标可能位置点li,j在X≥0区域时，d=D；当目标可能位置点li,j在X＜0区域时，d=?D。h1＝(d+w/2)，h2＝（d?w/2）；其中，w为目标的宽度；?利用上述公式计算得到目标分别在M×N个可能位置点时，选中的三条链路的RSSI估算值：?表示目标在li,j处时第k条链路的RSSI估算值，k∈(a,b,c)表示选中的三条链路的编号。?根据计算得到的目标在M×N个可能位置点处时三条链路的RSSI估计值和实际测得的三条链路的RSSI值确定目标的位置。?FDA0000394787450000011.jpg,FDA0000394787450000012.jpg,FDA0000394787450000013.jpg,FDA0000394787450000014.jpg,FDA0000394787450000015.jpg,FDA0000394787450000016.jpg,FDA0000394787450000021.jpg,FDA0000394787450000022.jpg,FDA0000394787450000023.jpg,FDA0000394787450000024.jpg,FDA0000394787450000025.jpg,FDA0000394787450000026.jpg,FDA0000394787450000031.jpg,FDA0000394787450000032.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢天璋，陈晓江，屈超，房鼎益，王如晨，张远，聂卫科，刘晨，王薇，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：