一種移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位方法
【專利摘要】一種移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位方法，利用配備定向天線和GPS的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中避障前進(jìn)，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遍歷，期間周期性的廣播自己的坐標(biāo)位置。未知節(jié)點(diǎn)收到這些坐標(biāo)之后，將之視為虛擬信標(biāo)，隨后利用虛擬投影的方法將這些虛擬信標(biāo)虛擬投影到首、尾虛擬信標(biāo)所在的直線上，得到虛擬投影信標(biāo)。隨后，根據(jù)擴(kuò)展定向天線定位法求解垂足并引垂線。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)兩次以上進(jìn)入未知節(jié)點(diǎn)的通信范圍之后，則隨機(jī)抽取兩次進(jìn)入的結(jié)果，求兩條垂線的交點(diǎn)，作為未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置。本發(fā)明不需要復(fù)雜的測(cè)距過(guò)程，也不需要復(fù)雜的計(jì)算和大量信標(biāo)的配合，適合于動(dòng)態(tài)演變的事件驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景，為目標(biāo)動(dòng)態(tài)定位和事件連續(xù)觀測(cè)提供支撐。
【專利說(shuō)明】一種移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種目標(biāo)定位方法，尤其是一種適用于對(duì)野生動(dòng)物追蹤、應(yīng)急救援、危 險(xiǎn)人物跟蹤與識(shí)別、人員管理等方面的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位方法。屬于無(wú)線通信與 信息處理領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 目標(biāo)定位在野生動(dòng)物追蹤、應(yīng)急救援、危險(xiǎn)人物跟蹤與識(shí)別、人員管理等方面具有 廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 從是否需要測(cè)距來(lái)看，目標(biāo)定位可以分為測(cè)距與非測(cè)距兩大類。在測(cè)距的定位方 法中，基于RSSI的方法沒(méi)有考慮信道衰落，測(cè)距精度不高；而基于到達(dá)時(shí)間的方法又要求 很高的同步精度，于是有人提出了到達(dá)時(shí)間差的方法，但是它的成本高、需要視距傳輸；也 可利用超寬帶的方法測(cè)距，但是價(jià)格高昂；而測(cè)角的方法需要通過(guò)天線陣列來(lái)測(cè)量到達(dá)角 度，在使用上會(huì)遇到傳感器體積、成本和精度等方面的問(wèn)題。
[0004] 從是否需要集中式處理來(lái)看，可以將目標(biāo)定位分為集中式定位與分布式定位兩大 類。集中式定位算法中需要有中心節(jié)點(diǎn)，它接收普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的信息，用以計(jì)算未知節(jié)點(diǎn) 的坐標(biāo)，因此需要中心節(jié)點(diǎn)的能源保障。而分布式定位系統(tǒng)不需要中心控制節(jié)點(diǎn)，它通過(guò)未 知節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)作計(jì)算出位置信息，不同節(jié)點(diǎn)的能耗分布比較均勻。
[0005] 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助的定位方法是一種分布式定位方法，它需要一個(gè)移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)按照 事先設(shè)定的路徑在監(jiān)控區(qū)域漫游，在移動(dòng)過(guò)程中周期性的向未知節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)告知自己的 位置，未知節(jié)點(diǎn)據(jù)此計(jì)算自己的位置。這種方法不需要在網(wǎng)絡(luò)中部署大量的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，成本 較低；移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以按照規(guī)劃的路徑移動(dòng)或者自主選擇路線，使用靈活。但是，這種方法要 求移動(dòng)信標(biāo)的避障能力強(qiáng)、計(jì)算簡(jiǎn)單。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種方法簡(jiǎn)單、使用 靈活、成本低的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位方法，以解決復(fù)雜環(huán)境中移動(dòng)信標(biāo)避障前進(jìn)下， 如何為未知節(jié)點(diǎn)定位的問(wèn)題。
[0007] 技術(shù)方案：本發(fā)明的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位方法通過(guò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在定位場(chǎng)景中 避障前進(jìn)，期間周期性的發(fā)送自身坐標(biāo)，形成虛擬信標(biāo)；未知節(jié)點(diǎn)收到虛擬信標(biāo)的坐標(biāo)之 后，持續(xù)保存處于自己通信范圍內(nèi)的虛擬信標(biāo)；而后，利用虛擬投影的方法求得虛擬投影信 標(biāo)的位置；求過(guò)垂足的兩條垂線的交點(diǎn)，作為未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置；具體步驟如下：
[0008] (1)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)避障前進(jìn)，在前進(jìn)過(guò)程中周期性的發(fā)送自身坐標(biāo)，形成虛擬信 標(biāo)；
[0009] (2)未知節(jié)點(diǎn)接收到虛擬信標(biāo)后保存處于自己通信范圍內(nèi)的虛擬信標(biāo)；
[0010] (3)利用任意路徑虛擬投影法對(duì)虛擬信標(biāo)進(jìn)行虛擬投影，得到虛擬投影信標(biāo)，求解 虛擬投影信標(biāo)的坐標(biāo)值；
[0011] (4)利用擴(kuò)展定向天線定位法，求解垂足并引垂線，求兩條垂線的交點(diǎn)，作為未知 節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位。
[0012] 所述的擴(kuò)展定向天線定位法步驟如下：
[0013] a.從多次進(jìn)入未知節(jié)點(diǎn)所形成的虛擬投影信標(biāo)中任取兩次：如果是直線進(jìn)入，為 虛擬信標(biāo)；如果是曲線進(jìn)入，則為虛擬投影信標(biāo)；
[0014] b.求解每一次進(jìn)入的垂足：如果虛擬投影信標(biāo)的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，以最中間的虛擬投 影信標(biāo)為垂足引一條垂線；如果虛擬投影信標(biāo)的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則取最中間兩個(gè)虛擬投影信 標(biāo)的坐標(biāo)的平均值為垂足引一條垂線；
[0015] c.求解兩條垂線的交點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展定向天線的定位。
[0016] 所述的任意路徑虛擬投影法步驟如下：
[0017] a.將第一個(gè)虛擬信標(biāo)

【權(quán)利要求】
1. 一種移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位方法，其特征是：通過(guò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在定位場(chǎng)景中避障 前進(jìn)，期間周期性的發(fā)送自身坐標(biāo)，形成虛擬信標(biāo)；未知節(jié)點(diǎn)收到虛擬信標(biāo)的坐標(biāo)之后，持 續(xù)保存處于自己通信范圍內(nèi)的虛擬信標(biāo)；而后，利用虛擬投影的方法求得虛擬投影信標(biāo)的 位置；求過(guò)垂足的兩條垂線的交點(diǎn)，作為未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置；具體步驟如下： (1) 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)避障前進(jìn)，在前進(jìn)過(guò)程中周期性的發(fā)送自身坐標(biāo)，形成虛擬信標(biāo)； (2) 未知節(jié)點(diǎn)接收到虛擬信標(biāo)后保存處于自己通信范圍內(nèi)的虛擬信標(biāo)； (3) 利用任意路徑虛擬投影法對(duì)虛擬信標(biāo)進(jìn)行虛擬投影，得到虛擬投影信標(biāo)，求解虛擬 投影信標(biāo)的坐標(biāo)值； (4) 利用擴(kuò)展定向天線定位法，求解垂足并引垂線，求兩條垂線的交點(diǎn)，作為未知節(jié)點(diǎn) 的坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位方法，其特征是：所述的擴(kuò)展定 向天線定位法步驟如下： a. 從多次進(jìn)入未知節(jié)點(diǎn)所形成的虛擬投影信標(biāo)中任取兩次：如果是直線進(jìn)入，為虛擬 信標(biāo)；如果是曲線進(jìn)入，則為虛擬投影信標(biāo)； b. 求解每一次進(jìn)入的垂足：如果虛擬投影信標(biāo)的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，以最中間的虛擬投影信 標(biāo)為垂足引一條垂線；如果虛擬投影信標(biāo)的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則取中間兩個(gè)虛擬投影信標(biāo)的坐 標(biāo)平均值為垂足引一條垂線； c. 求解兩條垂線的交點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展定向天線的定位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助下的目標(biāo)定位方法，其特征是：所述的任意路 徑虛擬投影法步驟如下： a. 將第一個(gè)虛擬信標(biāo)
和最后一個(gè)虛擬信標(biāo)
作為端點(diǎn)，畫(huà)一 條直線段劣，作為移動(dòng)信標(biāo)的虛擬移動(dòng)路徑；式中：j代表移動(dòng)信標(biāo)第j次進(jìn)入未知節(jié) 點(diǎn)的通信范圍，戽表示移動(dòng)信標(biāo)第j次進(jìn)入未知節(jié)點(diǎn)通信范圍后留下的第一個(gè)虛擬信標(biāo)， ，火)為其坐標(biāo)值，NB表示移動(dòng)信標(biāo)在未知節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)留下的全部虛擬信標(biāo)數(shù)目， 是移動(dòng)信標(biāo)第j次進(jìn)入未知節(jié)點(diǎn)通信范圍留下的最后一個(gè)虛擬信標(biāo)，
為其 坐標(biāo)值； b. 除第一個(gè)虛擬信標(biāo)鮮和最后一個(gè)虛擬信標(biāo)外，過(guò)虛擬信標(biāo)爲(wèi)各 畫(huà)一條與X軸平行的輔助線，使這些輔助線與虛擬移動(dòng)路徑形成一系列交點(diǎn)，稱為虛擬信 標(biāo)在虛擬移動(dòng)路徑上的虛擬投影信標(biāo)，用虛擬投影信標(biāo)= 表示；第一個(gè)虛 擬投影信標(biāo)以,和最后一個(gè)虛擬投影信標(biāo)、視為分別與虛擬信標(biāo)畀、β.?重合； c. 確定虛擬投影信標(biāo)Bpi的坐標(biāo)值，當(dāng)直線段的斜率|&| =
Μ時(shí)，坐標(biāo) 值由下式得出：
式中屯是直線段5/?的斜率，
為第一個(gè)虛擬信標(biāo)的坐標(biāo)值，
是第 i，（i = 2,…，Nh)個(gè)虛擬信標(biāo)的坐標(biāo)值，
為虛擬投影信標(biāo)Bpi，（i = 2,…，隊(duì)^)的 坐標(biāo)值。
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK104297720SQ201410526149
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】胡青松, 吳立新, 曹燦, 張申 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)