利索能及
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专利号: 2017107045100
申请人: 龙岩学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种室外自适应的被动式目标的定位方法,其特征在于:目标节点是指能被热释电红外传感器感应的随机目标,其本身并不具有无线信号,目标节点的位置信息通过参考节点的位置信息和传感器的检测范围求得,无线传感网中由无线模块和传感模块构成的各节点统称为参考节点,将参考节点分为中心节点和监测节点,各参考节点之间的距离通过接收的RSSI计算求得;参考节点的自定位,目的是为了自适应地建立无线传感网中各个节点位置信息,位置信息用平面坐标表示,当通过无线传感网监测到随机目标时,先利用聚类算法对目标聚类,用聚类形成的簇的个数来表示当前时刻需要定位的目标节点的个数,意味着每个簇中的所有节点都监测到了目标节点,不同的簇监测了不同的目标节点;利用红外测距模型,计算出目标节点距其对应目标簇中所有监测节点的距离,作为定位时的权值,再通过加权质心法确定不同类别目标节点的最终位置坐标,包括如下步骤:步骤1、基于RSSI计算信标节点之间的距离

采用自由空间传播模型和对数-常态分布模型相结合的方式计算信标节点之间的距离,自由空间无线传播损耗模型如下:loss=32.44+10klgd+10klgf  (1)其中,d为相距信源的距离,f是无线频率,k为路径衰减因子;

对数-常态分布无线传播损耗模型为:

PL(d)=PL(d0)+10klg(d/d0)+Xσ  (2)其中,PL(d)是经过距离d后的路径损耗,Xσ是高斯随机分布变数,取d0=1m,代入公式(1),求得loss即为PL(d0)的值,根据公式(2)可得出各未知节点与信标节点的信号强度RSSI值为:RSSI=发射功率+天线增益-路径损耗PL(d)  (3)依据公式(1)至(3),根据信标节点收到任意一个节点的信号强度RSSI,即可求得该节点与信标节点之间的距离;

步骤2、参考节点自定位

2.1各参考节点依据其收到其他参考节点的信号强度RSSI值,建立自身与其他参考节点的距离映射,建立如下两个集合:参考节点集合:refereneceset={a0,a1,…,an-1},其中,a0标识中心节点, 标识监测节点,i≠0;

参考节点间的距离集合:distanceset={d01,d02…dij,…,dn-2n-1},其中,dij表示参考节点i和参考节点j之间的距离,n表示无线传感网中参考节点的个数;

2.2建立上述两个集合后,各参考节点开始自定位过程,建立各自的位置坐标:中心节点a0的坐标初始化为(0,0),作为平面坐标系原点,中心节点a0根据参考节点间的距离集合,选择距离自身最近的两个监测节点au,av,且d0u≤d0v,以a0和au的连线为X轴,建立平面坐标系,au坐标为(d0u,0),av坐标为(dovcosα,dovsinα),α为直线a0av和直线a0au间的夹角,求得任意一个监测节点ak的坐标为(dokcosβ,±doksinβ),其中k≠0,u,v;β为直线a0ak和直线a0au间的夹角,监测节点ak的y轴坐标正负号通过dkv确定,若则ak的坐标为(dokcosβ,

doksinβ),否则,监测节点ak的坐标为(dokcosβ,-doksinβ);

步骤3、目标定位

先利用聚类算法对目标聚类,再通过加权质心法确定不同类别目标节点的最终位置,包括如下步骤:

3.1目标聚类

采用凝聚型层次聚类算法,对目标进行分类,采用最大距离度量法作为簇间距离度量方法,即两两簇最大距离 p和p′分别为簇ci,cj中的对象,该dmax(ci,cj)上限取值为2r0,r0为无线传感网中监测节点的监测半径,设有m个监测节点监测到目标,具体的目标聚类过程如下:

1.将m个监测节点都单独视为一个簇,计算两两簇之间的最大距离;

2.将所有最大距离小于2r0的两个簇合并成一个新簇;

3.重新分别计算新簇与所有簇之间的距离;

4.重复上述2、3,直到不存在簇间距离小于2r0的情况;在本步骤用聚类形成的簇的个数来表示当前时刻需要定位的目标节点的个数,意味着每个簇中的所有节点都监测到了目标节点,不同的簇监测了不同的目标节点;

3.2目标定位计算

目标定位则是在上述目标聚类之后,计算每类目标节点最终位置坐标的过程,使用加权的三边和多边质心法计算每类目标节点的质心,从而确定该目标节点的最终位置坐标:利用红外测距模型,计算出目标节点距其对应目标簇中所有监测节点的距离,作为定位时的权值;m个监测节点经过聚类形成了若干个簇,每个簇中的监测节点数用n表示,n≥

1:

若n=1,则用该簇中的监测节点的坐标(xi,yi)作为目标节点的坐标位置,即positiontarget=(xi,yi);

若n=2,则目标节点的坐标为簇中两个监测节点坐标的均值,即若n≥3,则n个目标节点构成 个三角形,依据红外测距模型,求得目标节点距离三角形顶点的距离分别为li、lj和lk,先用加权三边质心法求出 个三角形的质心,三边质心公式为:其中 表示定位因子,表示距离目标节点越近的监测节点的坐标的影响力越大;然后利用 个三角形质心,通过多边质心法计算得到目标节点的最终位置坐标