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专利号: 2025100628324
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无线mesh网络的三维空间定位方法,所述mesh网络包括N个参考节点和至少一个目标节点;其特征在于,所述方法包括以下步骤:利用N个参考节点间的已知距离和信号强度,确定自由空间传播模型的路径损耗因子和参考信号强度,N≥4;

选择目标节点接收信号最强的M个参考节点,获取其坐标并基于确定的自由空间传播模型计算与目标节点的距离,M≥4;

基于M个参考节点的坐标以及与目标节点间的测量距离,利用遗传算法计算出目标节点的初始坐标值;

基于所述目标节点的初始坐标值,利用改进的高斯‑牛顿算法计算出目标节点的最终坐标值,具体包括:基于改进的高斯‑牛顿算法对待评估参数向量初始化,获得初始待评估参数向量;所述初始待评估参数向量为所述目标节点的初始坐标值;

基于目标节点对应的残差向量以及所述初始待评估参数向量,计算出雅可比矩阵以及梯度方向夹角;

基于所述雅可比矩阵以及所述梯度方向夹角确定所述待评估参数向量的估计值,并根据所述待评估参数向量的估计值更新所述待评估参数向量;

基于更新后的所述待评估参数向量,按照动态迭代步长更新所述目标节点的坐标值;

所述动态迭代步长的确定方式包括:

若当前迭代过程的残差向量小于前一次迭代过程的残差向量且当前梯度与前一次梯度的夹角小于梯度一致性方向阈值时,则按照步长调整增益因子、最大步长值及前一次迭代过程的步长最小值确定当前迭代过程的步长;

若当前迭代过程的残差向量不小于前一次迭代过程的残差向量且当前梯度与前一次梯度的夹角小于梯度一致性方向阈值时,按照步长调整衰减因子、最小步长值及前一次迭代过程的步长最大值确定当前迭代过程的步长;

当所述目标节点对应的误差函数收敛或者达到最大迭代次数,确定出所述目标节点的最终坐标值。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线mesh网络的三维空间定位方法,其特征在于,所述自由空间传播模型的路径损耗因子和参考信号强度的求解方式包括:获取N个参考节点之间的信号强度值以及参考节点间的已知距离;

利用N个参考节点之间的信号强度值以及参考节点间的已知距离,构建目标方程组;

利用最小二乘法求解所述目标方程组,得到自由空间传播模型中的路径损耗因子以及信号强度参考值。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线mesh网络的三维空间定位方法,其特征在于,所述基于M个参考节点的坐标以及与目标节点间的测量距离,利用遗传算法计算出目标节点的初始坐标值包括:基于遗传算法从以M个参考节点为球心、M个参考节点到目标节点间的测量距离为半径所形成的M个球体交叉区域中选择多个初始种群,并作为初始种群参数;

基于M个参考节点与目标节点之间的测量距离、M个参考节点与种群个体之间的距离,计算每个种群个体的适应度函数值;

基于每个种群个体的适应度函数值,对所述种群采用选择、交叉、变异操作进行更新;

基于更新后的种群,确定目标节点的初始坐标值。

4.根据权利要求3所述的一种基于无线mesh网络的三维空间定位方法,其特征在于,所述每个种群个体的适应度函数值由M个参考节点与目标节点之间的测量距离、M个参考节点与种群个体之间的距离之间的差的倒数确定。

5.一种服务器,用于无线mesh网络的三维空间定位,所述mesh网络包括N个参考节点和至少一个目标节点;其特征在于,用于实现权利要求1所述的一种基于无线mesh网络的三维空间定位方法,所述服务器包括:接收器,至少一个处理器;

所述接收器,用于接收至少一个网关上报的M个参考节点与目标节点之间的信号强度值以及N个参考节点间的信号强度值,M≥4,N≥4;

所述至少一个处理器,用于:

利用N个参考节点间的已知距离和信号强度,确定自由空间传播模型的路径损耗因子和参考信号强度,N≥4;

选择目标节点接收信号最强的M个参考节点,获取其坐标并基于确定的自由空间传播模型计算与目标节点的距离,M≥4;

基于M个参考节点的坐标以及与目标节点间的测量距离,利用遗传算法计算出目标节点的初始坐标值;

基于所述目标节点的初始坐标值,利用改进的高斯‑牛顿算法计算出目标节点的最终坐标值。

6.根据权利要求5所述的一种服务器,其特征在于,所述服务器还包括:发送器;

所述发送器,用于将所述目标节点的最终坐标值发送给所述目标节点。