1.一种混合视距和非视距环境下基于接收信号强度的定位方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一:在无线传感器网络中建立一个平面坐标系或空间坐标系作为参考坐标系;设定无线传感器网络中存在一个用于发射测量信号的目标源和N个用于接收测量信号的接收传感器;将N个接收传感器在参考坐标系中的坐标位置的真实值对应记为s1,...,sN,将目标源在参考坐标系中的坐标位置记为x;其中,N≥3,s1表示第1个接收传感器在参考坐标系中的坐标位置的真实值,sN表示第N个接收传感器在参考坐标系中的坐标位置的真实值;
步骤二:在混合视距和非视距环境下,获取每个接收传感器接收到的测量信号的信号强度,将第i个接收传感器接收到的测量信号的信号强度记为Pi;然后以模型形式对每个接收传感器接收到的测量信号的信号强度进行描述,将Pi以模型形式描述为:其中,i为正整数,i的初始值为1,1≤i≤N,dis0表示参考距离,P0表示一个离目标源的距离为参考距离的接收传感器接收到的测量信号的信号强度,bi表示测量信号从目标源发射到第i个接收传感器接收所经历的路径上存在的非视距误差引起的额外损耗,γ表示路径损耗因子的真实值,符号“|| ||”为求欧几里德范数符号,si表示第i个接收传感器在参考坐标系中的坐标位置的真实值,ni表示测量信号从目标源发射到第i个接收传感器接收所经历的路径上存在的测量噪声,ni服从零均值的高斯分布 表示ni的功率;
步骤三:引入一个关于bi的平衡参数 并将bi表达为平衡参数 和剩余误差项 的和,即令 然后根据 将 变换为
接着令dis0=1,并将
中的对数消除,再对噪声项进行一阶泰勒展开,获得一阶泰勒展开表达式,描述为:之后令
y=αx,对一阶泰勒展开表达式进行简化,得到一阶泰勒简化表达式,描述为:其中,di、 α、y均为引入的中间变量;
步骤四:构建一个矩阵A和一个向量 并令A=diag{d1,...,dN},令 然后根据A=diag{d1,...,dN}、 和一阶泰勒简化表达式,构建一个鲁棒加权最小二乘问题,描述为: 其中,diag{d1,...,dN}表示以d1,...,dN为对角线元素构成的对角矩阵,d1和dN根据 得到, 和 根据得到,min()为取最小值函数,max()为取最大值函数,g为引入的中间变量,QT
表示权重矩阵,Q=DRD ,表示以 为对角元素构成的对角矩阵,R表示所有测量噪声的协方差矩阵, 表示以 为对角元素构成的对角矩阵, 表示测量信号从目标源发射到第1个接收传感器接收所经历的路径上存在的测量噪声n1的功率, 表示测量信号从目标源发射到第N个接收传感器接收所经历的路径上存T T ‑1
在的测量噪声nN的功率,“s.t.”表示“受约束于……”,() 和[]均表示转置,Q 表示Q的逆;
步骤五:利用近似关系di≈||y‑αsi||将鲁棒加权最小二乘问题中的未知权重矩阵Q变为已知权重矩阵,记为 同时,利用上镜图方法,在鲁棒加权最小二乘问题中引入辅助变量τ;再根据S‑Lemma定理、 τ,并引入误差上界 将鲁棒加权最小二乘问题简化为鲁棒加权最小二乘简化问题,描述为:其中,τ为上
T
g=[‖y‑αs1‖,...,‖y‑αsN‖] ,镜图方法引入的辅助变量,λ为一个大于或等于0的变量,IN表示维数为N×N的单位矩阵,1N×1表示维数为N×1且元素全为1的向量, 表示设定的 的上界,ρi表示设定的bi的上界, 和 根据 计算得到,均为引入的中间变量;
所述的步骤五中的误差上界 的获取过程为:①设定 的上界为 即 并设定bi的上界为ρi,即0≤bi≤ρi;然后根据
0≤bi≤ρi,得出 的范围, 再根据得到 的范围,
②令 并令 然后根据
得到 的范围的简化表达式,描述为: 其中,符号“||”为取绝对值符号;
③令 得到误差上界 其中,为引入的中间变量;
T T T T
步骤六:令G=gg、z=[y ,α] 、Z=zz;然后利用凸松弛的方法,将鲁棒加权最小二乘简化问题转化为半正定规划问题,描述为:其中,G、
z、Z均为引入的中间变量,Z1:2,1:2表示矩阵Z中第一行到第二行和第一列到第二列的所有元素组成的子矩阵,Z1:2,3表示矩阵Z中第一行到第二行第三列的所有元素组成的向量,Z3,3表示矩阵Z中第三行第三列的元素,tr{}表示求矩阵的迹,Gi,i表示矩阵G中第i行第i列的元素;
* *
步骤七:求解半正定规划问题,得到Z的解,记为Z ;然后根据Z ,计算x的估计值,记为* *
x, 其中, 表示Z中第一行到第二行第三列的所有元素组成的向量, 表示*
Z中第三行第三列的元素。