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专利号: 2016104158969
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于RSSI测距的节水灌溉监测网络定位方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:利用信号传播建模迅速获得监测节点的距离信息;

采用对数-常态分布模型,RSSI值表示为

PR(d)=P+G-PL(d)      (1)

其中,P和G分别是发射功率和天线增益,PL(d)为经过距离d后的路径损耗,因有其中,PL(d0)是信号经过参考距离d0时的功率损耗,n为路径损耗指数,d0为参考距离,一般取为1m,故有其中,PR(d0)为距离d0处的接收信号强度,Xσ为平均值为0、标准差为4~10的高斯随机噪声,监测节点测得的PR(d)值越大,说明距离越近,由PR(d)偏差产生的误差越小,无线信号经过参考距离d0后的路径损耗PL(d0)表示为式中,Gt和Gr分别为发射天线增益和接收天线增益,单位为dBi;L是系统损耗系数;λ是RF无线信号波长,单位为m,则PR(d0)可由下式计算PR(d0)=P+G-PL(d0)     (4)

设定待定位的监测节点在无线监测区域内均匀随机部署,所述监测节点均拥有相同的通信半径,而且通信范围可以表示为一个规则圆形区域,由式(2),若d0=1m,则有PR(d)=PR(1)-10nlgd+Xσ  (5)若在监测节点通信范围内均匀随机部署了足够多的所述监测节点,则根据PR(d)与距离d成反比的关系,可以假设最小的接收信号强度PRmin所对应最大的距离为dmax,则有PRmin=PR(1)-10nlgdmax+Xσ  (6)故有

其中,dmax在此认为是通信半径r;

在未知节点获得的多个RSSI值中,取最小的RSSI值即为PRmin,对应dmax=r,即可获得未知节点到锚节点的d值;

步骤二:通过比较锚节点间测量距离与实际距离的差值,获得各锚节点的相对误差系数,以便用来校正监测节点与其通信范围内锚节点间的测量距离;

设锚节点为Ai(xi,yi),i=1,2,…,n,其中n为参与校正计算的锚节点个数;A0(x0,y0)为待校正的锚节点,A0(x0,y0)到Ai(xi,yi)的实际距离分别为ri,i=1,2,…,n通过PR(d)测量得到的距离分别为di,i=1,2,…,n;

RSSI测距相对误差记为

则锚节点Ai(xi,yi)处的加权测距相对误差校正系数为μw反映了锚节点的RSSI测量误差,在此考虑到不同PR(d)所占的权重,监测节点间距离越大,由PR(d)的偏差所引起的距离误差越大,则考虑对校正系数的权重就越小;

则锚节点校正距离表达式为

式中,dui是监测节点和锚节点Ri之间的测量距离,单位为m; 是监测节点和锚节点Ri之间的修正距离,单位为m;μw为锚节点Ri的加权测距相对误差校正系数;

步骤三:利用测距加权质心定位算法计算出监测节点的坐标;

设定未知位置的监测节点B1收到其通信范围内的3个锚节点A1,A2和A3的RSSI值依次记为RSSI1,RSSI2和RSSI3,并已经得到监测节点B1监测区域下的路径损耗指数n,考虑RSSI值信息与测距加权因素,则未知位置监测节点B1的坐标(x,y)计算公式可以表示为为:其中,d1,d2和d3分别为B1到A1,A2和A3的测量距离,a1,a2和a3分别为与对应的测距成反比的加权系数,有k为加权调节系数,实际应用时,通过控制k值可以调节加权校正的程度,使得定位系统能够达到最佳状态,得到最佳的定位效果;另外,再考虑选锚节点时的角度信息,形成加权,可进一步节约计算资源,减少定位误差;对于 种锚节点组合中的每个组合,设其置信度为CDABC(i),有其中,αA,αB和αC为三个锚节点所组成三角形的三个内角,而αmax=max{αA,αB,αC}

αmin=min{αA,αB,αC}

则加权后节点M的坐标 计算公式为:

步骤四:监测节点的坐标校正;

设网路中有锚节点记为A0(x0,y0),假设其位置未知,其他锚节点记为Ai(xi,yi),其中i=1,2,…,n,利用Ai(xi,yi)到A0(x0,y0)的距离,可以由本文的加权定位算法计算出A0的位置Ac0(xc0,yc0),与其实际坐标进行比较,即可获得坐标误差,则锚节点A0(x0,y0)的坐标误差为ex0=x0-xc0    (15)

ey0=y0-yc0    (16)

写成第i个锚节点坐标误差标准形式为

exi=xi-xci    (17)

eyi=yi-yci    (18)

因此,监测区域加权坐标误差为

式中:N为参与网络定位误差计算的锚节点个数; 为第i个锚节点的校正距离;

监测区域加权坐标误差ewx和ewy为锚节点坐标误差的加权平均值,反映了系统的区域定位能力,所以,定位系统中未知节点通过区域定位误差系数校正后的坐标为x=xc+ewx    (21)

y=yc+ewy    (22)

式中xc,yc为未知节点用加权质心定位算法计算出的坐标值。

2.根据权利要求1所述的一种基于RSSI测距的节水灌溉监测网络定位方法,其特征在于,所述步骤一中的PRmin的值的获得可以通过搜索方法获得,即在待定位监测节点所收到的所有RSSI值,以及其邻居节点所收到的所有RSSI值之后,放在一起,从大到小排序,取最小的一个RSSI值即为PRmin。