CN103517406B - 一种目标物地理位置的计算方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种目标物地理位置的计算方法，包括：计算每个工作节点的感知范围，并确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，将所有工作节点进行组合，计算每个组的至少一个候选坐标解，根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解，计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的地理位置坐标。本发明实施例还提供了一种目标物地理位置的计算设备。应用本发明实施例计算出的目标物理地理位置坐标的可靠性高。

Description

一种目标物地理位置的计算方法及设备

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种目标物地理位置的计算方法及设备。

背景技术

无线传感器网络很多应用都依赖于节点或目标物的地理位置信息，因此目标定位得到广泛应用，目标定位是指在测量目标物的地理位置坐标。目标物地理位置的计算算法包括：基于距离的定位算法以及与距离无关的定位算法。其中，基于距离的定位算法在实际应用中得到广泛应用。

目前，基于距离的定位算法主要通过测量节点与目标物之间的距离，然后通过极大似然估算法计算出目标物的地理位置坐标。图1为极大似然估算法的处理图，图1中D表示目标物，1、2、3、4、...、n为节点。测量到上述节点与目标物之间的距离后，通过如下公式计算目标物的地理位置。

$\left\{\begin{array}{c}{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2=d_1^2\\ .\\ .\\ .\\ {(x-x_n)}^2+{(y-y_n)}^2=d_n^2\end{array}\right.$

其中，(x，y)为目标物的地理位置坐标，(x₁，y₁)...(x_n，y_n)为节点1...节点n的地理位置坐标，d₁...d_n为节点1...节点n与目标物之间的测量距离值。具体的计算过程如下：将上述公式的各个方程式分别减去最后一个方程式，最终得到方程式：

AX＝b

其中

$A=\left[\begin{array}{cc}2(x_1-x_n)& 2(y_1-y_n)\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ 2(x_{n-1}-x_n)& 2(y_n-y_n)\end{array}\right],$ $b=\left[\begin{array}{c}{x}_1^2-x_n^2+y_1^2-y_n^2+d_n^2-d_1^2\\ .\\ .\\ .\\ x_{n-1}^2-x_n^2+y_{n-1}^2-y_n^2+d_n^2-d_{n-1}^2\end{array}\right],$ $X=\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right].$

再使用标准的最小均方差估计方法可得节点D的地理位置坐标，即

$\hat{X}={\left(A^{T}A\right)}^{-1}{A}^{T}b$

其中，为估算出的节点D地理位置坐标，A^T为A转置矩阵。

由于目前测量距离的方法精确度不高，在测量得出的节点与目标物之间的距离，经常会出现多个不可靠的测量值，当出现不可靠的节点与目标物之间的测量距离值时，采用极大似然估算法计算出的目标物地理位置坐标的可靠性也就大大降低。

发明内容

本发明实施例提供了一种目标物地理位置的计算方法及设备，用于提高计算出的目标物理地理位置坐标的可靠性。

本发明实施例一方面提供的一种目标物地理位置的计算方法，包括：

计算每个工作节点的感知范围，并确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，所述工作节点是指感知到目标物的节点；

将所有工作节点进行组合，每个组包含两个工作节点；

计算每个组的至少一个候选坐标解，其中，所述每个组的至少一个候选坐标解是指每个组相对于所述目标物的候选坐标解；

根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解；其中，所述每个组的最终坐标解是所述每个组相对于所述目标物的最终坐标解，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值；

计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的地理位置坐标。

本发明实施例另一方面提供了一种目标物地理位置的计算设备，包括：感知范围计算单元、组合单元、候选解计算单元、最终解计算单元和坐标值计算单元，其中：

感知范围计算单元，用于计算每个工作节点的感知范围，确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，所述工作节点是指感知到目标物的节点；

组合单元，用于将所有工作节点进行组合，每个组包含两个工作节点；

候选解计算单元，计算每个组的至少一个候选坐标解，其中，所述每个组的至少一个候选坐标解是指每个组相对于所述目标物的候选坐标解；

最终解计算单元，用于根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解；其中，所述每个组的最终坐标解是所述每个组相对于所述目标物的最终坐标解，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值；

坐标值计算单元，用于计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的坐标值。

本发明实施例，通过计算每个工作节点的感知范围，确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，将所有工作节点进行组合，计算每个组的至少一个候选坐标解，根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解，其中，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值；这样可以保证每个组的最终坐标解在所有工作节点感知范围的共同重叠区域内，从而保证计算出的最终坐标解的可靠性，不会出现不可靠的坐标解；最后计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的地理位置坐标，这样计算出的目标物地理位置坐标的可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是背景技术中极大似然估算法的处理图；

图2是本发明实施例提供的一种计算目标物地理位置坐标的计算方法的第一实施例的流程示意图；

图3是本发明实施例中工作节点举例示意图；

图4是本发明实施例中工作节点的感知范围举例示意图；

图5是本发明实施例提供的一种计算目标物地理位置坐标的计算方法的第二实施例的流程示意图；

图6是本发明实施例提供的一种计算目标物地理位置坐标的计算方法的第三实施例的流程示意图；

图7是本发明实施例提供的一种计算目标物地理位置坐标的计算设备的第一实施例的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种计算目标物地理位置坐标的计算设备的第二实施例的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种计算目标物地理位置坐标的计算设备的第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2是本发明实施例提供的一种目标物地理位置的计算方法具体应用于无线传感器网络中，其中的工作节点为网络节点或者传感器节点，还可以适用于节点自身定位、移动自组织网络，以及其他小型移动自治系统的定位。如图2所示，本发明的第一实施例的流程示意图，包括：

101、计算每个工作节点的感知范围，确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，所述工作节点是指感知到目标物的节点。

工作节点可以具体如图3所示，工作节点个数为N，N为一自然数。计算每个工作节点的感知范围具体可以通过每个工作节点的地理位置坐标以及每个工作节点的信号功率计算得出。

计算出每个工作节点的感知范围后，就可以确定所有工作节点感知范围的共同重叠区域，假设工作节点有三个，如图4所示，A、B、C表示三个工作节点，其中，每个工作节点都一个方框表示每个工作节点的感知范围，这样就可以确定三个工作节点的感知范围有重叠区域，如图4中D区域所示。所有工作节点感知范围的共同重叠区域，也就是说，共同重叠区域都属于每个工作节点的感知范围内，而每个工作节点都有感知到所述目标物，从而可以确定所述目标物的地理位置坐标就在上述共同重叠区域内。

102、将所有工作节点进行组合，每个组包含两个工作节点。

例如工作节点有n个，n为自然数，步骤102组合后的组个数如下公式所示：

$C_n^2=\frac{n!}{2!(n-2)!}$

如工作节点有四个则步骤202组合后的组个数为六个。

作为一种可选的实施方式，在本发明中将所有工作节点进行组合，每个组包括但不限于两个工作节点，每组可以是至少两个工作节点，如包括三个工作节点的组，还可以包括四个工作节点的组等此处不一一例出。假设工作节点有三个，工作节点1、工作节点2和工作节点3，步骤102可以将三个工作节点，可以得到的组包括：工作节点1和工作节点2的组，工作节点1和工作节点3的组，工作节点2和工作节点3的组，工作节点1、工作节点2和工作节点3的组。

103、计算每个组的至少一个候选坐标解，其中，所述每个组的至少一个候选坐标解是指每个组相对于所述目标物的候选坐标解。

由于每个组包含两个工作节点，那么可以通过双边定位算法计算出每个组相对于所述目标物的候选坐标解，具体请见本发明方法实施例二；由于每个组包含的两个工作节点，通过双边定位算法每个组计算出至少一个坐标解，可能是两个坐标解，因此在本实施例中将每个组计算出来的目标物的地理位置坐标用每个组针对所述目标物的候选坐标解表示。

如每个组包括至少两个工作节点，就可以通过双边定位算法或三边定位算法或多边定位算法计算每个组相对所述目标物的候选坐标解，三边定位算法和多边定位算法属于公知计算方法，本发明实施例对此不作限定。

104、根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解；其中，所述每个组的最终坐标解是所述每个组相对于所述目标物的最终坐标解，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值。

具体的是，如某一组计算出的至少一个候选坐标解都不在所述共同重叠区域，这样该组计算的候选坐标就为不可靠解，从而可以将所述共同重叠区域的质心坐标值作为该组的最终坐标解；如某一组计算出的至少一个候选坐标解中有一个落入所述共同重叠区域，就可以将这落入所述共同重叠区域的候选坐标解作为该组的最终坐标解；如某一组计算出的至少一个候选坐标解中有两个在所述共同重叠区域，就可以将这两个在所述共同重叠区域的候选坐标解的平均值作为该组的最终坐标解。这样可以保证每个组的最终解都在所述共同重叠区域，从而不会出现不可靠的坐标解。105、计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的地理位置坐标。

作为一种可选的实施方式，步骤104具体可以通过如下公式计算每个组的最终坐标解的平均值；

$(x_{\mathrm{of}},y_{\mathrm{of}})=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_{r,j},y_{r,j})}{N}$

其中，x_r，j，y_r，j为每个组的最终坐标解j为1至N，其中N为每个组的个数，x_of，y_of为每个组的最终坐标解的平均值。

由于有每个组的最终坐标解在所有工作节点感知范围的共同重叠区域内，可以保证计算出的最终坐标解的可靠性，再在取每个组计算出的最终坐标解的平均，从而使计算出的目标物的地理位置坐标可靠性高。

本实施例，通过计算每个工作节点的感知范围，确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，将所有工作节点进行组合，计算每个组的至少一个候选坐标解，根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解，其中，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值；这样可以保证每个组的最终坐标解在所有工作节点感知范围的共同重叠区域内，从而保证计算出的最终坐标解的可靠性，不会出现不可靠的坐标解；最后计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的地理位置坐标，这样计算出的目标物地理位置坐标的可靠性高。

图5是本发明实施例提供的一种目标物地理位置的计算方法的第二实施例的流程示意图，如图5所示，包括：

201、计算每个工作节点的感知范围，确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，所述工作节点是指感知到目标物的节点。

202、将所有工作节点进行组合，每个组包含两个工作节点。

203、获取工作节点发送的每个工作节点与所述目标物之间的测量距离值。

作为一种可选的实施方式，在每个工作节点感知到所述目标物后，就会测量工作节点与所述目标物之间的距离值，以得到上述测量距离值，具体可以通过接收信号强度指示法或到达时间或到达时间差或到达角法测量工作节点与所述目标物之间的距离值。上述接收信号强度指示法或到达时间或到达时间差或到达角法都属于公知计算方法，本发明实施例对此不作限定。

当工作节点测量完每个工作节点与所述目标物之间的距离值后，步骤203就会获取到工作节点发送的每个工作节点与所述目标物之间的测量距离值。

作为一种可选的实施方式，步骤203可以在步骤201之前执行，也可以同步骤201和步骤202一起执行。

204、计算每个组的至少一个候选坐标解，其中，所述每个组的至少一个候选坐标解是指每个组相对于所述目标物的候选坐标解。

作为一种可选的实施方式，步骤204具体可以通过双边定位的计算方法计算每个组的候选坐标解。具体通过如下公式计算每个组的候选坐标解。

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{o,1}=\frac{b{y}_1+x_1-\mathrm{ab}+\sqrt{2(b{x}_1+a)y_1-y_1^2-b^2{x}_1^2-2\mathrm{ab}{x}_1-a^2+(1+b^2)d_1^2}}{1+b^2}\\ y_{o,1}=a+b{x}_{o,1}\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{o,2}=\frac{b{y}_1+x_1-\mathrm{ab}-\sqrt{2(b{x}_1+a)y_1-y_1^2-b^2{x}_1^2-2\mathrm{ab}{x}_1-a^2+(1+b^2)d_1^2}}{1+b^2}\\ y_{o,2}=a+b{x}_{o,2}\end{array}\right.$

$a=\frac{1}{2}\frac{(x_1^2-x_2^2)+(y_1^2-y_2^2)-(d_1^2-d_2^2)}{y_1-y_2}$

$b=-\frac{x_1-x_2}{y_1-y_2}$

其中：(x₁，y₁)和(x₂，y₂)是两个工作节点的坐标值，d₁和d₂分别是所述两个工作节点与所述目标物之间的测量距离值，(x_o，1，y_o，1)和(x_o，2，y_o，2)为所述两个工作节点所在组的候选坐标解。

205、根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解；其中，所述每个组的最终坐标解是所述每个组相对于所述目标物的最终坐标解，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值。

作为一种可选的实施方式，步骤205具体可以包括：

当每个组存在第一类组时，计算所述共同重叠区域的质心的坐标值为第一类组的最终坐标解，所述第一类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为0的组；

当每个组存在第二类组时，选择在所述共同重叠区域内的坐标解为第二类组的最终坐标解，所述第二类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为1的组；

当每个组中存在第三类组时，且当每个组中存在第二类组时，计算所有第二类组的最终坐标解的平均值，从第三类组的候选坐标解中选择一个与所述平均值距离值最小的候选坐标解为第三类组的最终坐标解，所述第三类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为2的组；

当每个组中存在第三类组时，且当每个组中不存在第二类组，且存在少两组第三类组时，选择第三类组中每个组的候选坐标解之间距离值最小的候选解为第三类组中每个组的最终坐标解；

当每个组中存在第三类组时，且当每个组中不存在第二类组，且只存在一组第三类组时，计算第三类组的候选坐标解的平均值，将计算出的平均值作为第三类组的最终坐标解。

假设步骤202组合后的组包括组1、组2、组3和组4，每个组都包括两个工作节点，通过步骤204计算出的每个组的候选坐标解，其中，组1有候选坐标解1和候选坐标解2，组2有候选坐标解3和候选坐标解4，组3有候选坐标解5和候选坐标解6，组4有候选坐标解7和候选坐标解8。其中，候选坐标解1和候选坐标解2都不在所述共同重叠区域，也就是，组1属于第一类组；候选坐标解3和候选坐标解4中候选坐标解3在所述共同重叠区域内，也就是组2属于第二类组；候选坐标解5和候选坐标解6都在所述共同重叠区域，也就是，组3属于第三类组；候选坐标解7和候选坐标解8都在所述共同重叠区域，也就是，组4属于第三类组。这样通过上述方法，可以确定组1的最终坐标解为所述共同重叠区域的质心坐标值；可以确定组2的最终坐标解为在所述共同重叠区域内的候选坐标解3；组3和组4都属于第三类组，且还存在第二类组，即组2，这样就可以在组3和组4的候选解中选择与组2的候选坐标解3距离值最小的候选解为组3和组4的最终坐标解。

若上述202组合后的组只包括上述组3和组4时，也就是，每个组中存在第三类组时，且当每个组中不存在第二类组，且存在少两组第三类组的情况，就选择第三类组中每个组的候选坐标解之间距离值最小的候选解为第三类组中每个组的最终坐标解，如组3的候选坐标解5与组4的候选坐标解7之间的距离值最近，就选择候选坐标解5为组3的最终坐标解，候选坐标解7为组4的最终坐标解。

若上述202组合后的组只包括上述组1、组2、组3和组4，其中，组2、组3和组4的候选坐标解都不在所述共同重叠区域，组1的两个候选坐标解都在所述共同重叠区域，则将所述共同重叠区域的质心坐标值作为组2、组3和组4的最终坐标解，将组1的两个候选坐标解的平均值作为组1的最终坐标解。

206、计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的地理位置坐标。

本实施例，可以实现通过双边定位计算方法计算每个组的候选坐标解，再根据每个组的候选坐标解确定每个组的最终坐标解，且每个组的最终坐标解都在所述共同重叠区域，从而保证计算出的最终坐标解的可靠性，不会出现不可靠的坐标解。同时，计算出的目标物理地理位置坐标的可靠性高。

图6是本发明实施例提供的一种目标物地理位置的计算方法的第三实施例的流程示意图，如图6所示，包括：

301、在所有工作节点中竞争为簇首节点。

作为一种可选的实施方式，301步骤中的竞争过程可以包括：

每个工作节点根据能量参数构造簇首竞争窗口cw_j，其中，剩余能量越大竞争窗口越小，所述竞争窗口具体为一个时间量；

剩余能量越大的工作节点竞争为簇首节点；因为竞争窗口具体为一个时间量，当竞争窗口越小时，那么该工作节点就能以最快的速度竞争为簇首节点。

当竞争到簇首节点的工作节点就向其它工作节点发送已经竞争到簇首节点的消息，以使其它工作点中止竞争。

302、接收竞争失败的工作节点发送的所有竞争失败的工作节点的节点标识、节点坐标值和信号功率。

当竞争簇首节点过程结束后，就会接收到所有竞争失败的工作节点发送的节点标识、节点坐标值和信号功率。

作为一种可选的实施方式，步骤302还可以是接收竞争失败的工作节点发送的所有竞争失败的工作节点的节点标识、节点坐标值、信号功率和竞争失败的工作节点与所述目标物之间的测量距离值。该步骤接收到的竞争失败的工作节点与所述目标物之间的测量距离值与上面实施例步骤203获取到的工作节点发送的每个工作节点与所述目标物之间的测量距离值可以是同样的。

303、根据每个工作节点的节点坐标值和信号功率计算每个工作节点的感知范围。

作为一种可选的实施方式步骤303具体可以通过如下公式计算每个工作节点的感知范围。

x_o∈[x_i-R；x_i+R]；y_o∈[y_i-R；y_i+R]

其中，x₀，y₀工作节点i的感知范围，x_i，y_i为工作节点i的地理位置坐标，R为工作节点i感知半径，R具体可以通过工作节点i的信号功率计算得出。

304、将所有工作节点进行组合，每个组包含两个工作节点。

步骤304具体可以采用上面实施例描述的组方法。

305、计算每个组的至少一个候选坐标解，其中，所述每个组的至少一个候选坐标解是指每个组相对于所述目标物的候选坐标解。

步骤305具体可以采用上面实施例计算每个组的候选坐标解的计算方法。

306、根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解；其中，所述每个组的最终坐标解是所述每个组相对于所述目标物的最终坐标解，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值。

步骤306具体可以采用上面实施例确定每个组的最终坐标解的确定方法。

307、计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的地理位置坐标。

本实施例，在上面实施例的基础上，增加了竞争为簇首节点的步骤，可以实现由簇首节点完成上述计算出所述目标物的地理位置坐标。同时，计算出的目标物理地理位置坐标的可靠性高。

图7是本发明实施例提供的一种目标物地理位置的计算设备的第一实施例的结构示意图，该计算设备可以是无线感知网络中的传感器节点，如图7所示，包括：感知范围计算单元71、组合单元72、候选解计算单元73、最终解计算单元74和坐标值计算单元75，其中：

感知范围计算单元71，用于计算每个工作节点的感知范围，确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，所述工作节点是指感知到目标物的节点。

计算每个工作节点的感知范围具体可以通过每个工作节点的地理位置坐标以及每个工作节点的信号功率计算得出。

组合单元72，用于将所有工作节点进行组合，每个组包含两个工作节点。

例如工作节点有n个，n为自然数，组合单元72，组合后的组个数如下公式所示：

$C_n^2=\frac{n!}{2!(n-2)!}$

如工作节点有四个则步骤202组合后的组个数为六个。

作为一种可选的实施方式，在本发明中将所有工作节点进行组合，每个组包括但不限于两个工作节点，每组可以是至少两个工作节点，如包括三个工作节点的组，还可以包括四个工作节点的组等此处不一一例出。假设工作节点有三个，工作节点1、工作节点2和工作节点3，步骤102可以将三个工作节点，可以得到的组包括：工作节点1和工作节点2的组，工作节点1和工作节点3的组，工作节点2和工作节点3的组，工作节点1、工作节点2和工作节点3的组。

候选解计算单元73，用于计算每个组的至少一个候选坐标解，其中，所述每个组的至少一个候选坐标解是指每个组相对于所述目标物的候选坐标解。

由于每个组包含两个工作节点，那么可以通过双边定位算法计算出每个组相对于所述目标物的至少一个候选坐标解，具体请见本发明方法实施例二；由于每个组包含的两个工作节点，通过双边定位算法每个组计算出的至少一个坐标解，可能是两个坐标解，因此在本实施例中将每个组计算出来的目标物的地理位置坐标用每个组针对所述目标物的候选坐标解表示。最终解计算单元74，用于根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解；其中，所述每个组的最终坐标解是所述每个组相对于所述目标物的最终坐标解，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值。

这样可以保证每个组的最终坐标解在所有工作节点感知范围的共同重叠区域内，从而保证计算出的最终坐标解的可靠性，不会出现不可靠的坐标解。

坐标值计算单元75，用于计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的坐标值。

作为一种可选的实施方式，坐标值计算单元75具体可以通过如下公式计算每个组的最终坐标解的平均值；

$(x_{\mathrm{of}},y_{\mathrm{of}})=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_{r,j},y_{r,j})}{N}$

其中，x_r，j，y_r，j为每个组的最终坐标解j为1至N，其中N为每个组的个数，x_of，y_of为每个组的最终坐标解的平均值。

由于有每个组的最终坐标解在所有工作节点感知范围的共同重叠区域内，可以保证计算出的最终坐标解的可靠性，再在取每个组计算出的最终坐标解的平均，从而使计算出的目标物的地理位置坐标可靠性高。

本发明实施例，感知范围计算单元计算每个工作节点的感知范围，确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，组合单元将所有工作节点进行组合，候选解计算单元计算每个组的至少一个候选坐标解，最终解计算单元根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解，其中，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值；这样可以保证每个组的最终坐标解在所有工作节点感知范围的共同重叠区域内，从而保证计算出的最终坐标解的可靠性，不会出现不可靠的坐标解；最后坐标值计算单元计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的地理位置坐标，这样计算出的目标物地理位置坐标的可靠性高。

图8是本发明实施例提供的一种目标物地理位置的计算设备的第二实施例的结构示意图，如图8所示，包括：包括：感知范围计算单元81、组合单元82、候选解计算单元83、最终解计算单元84和坐标值计算单元85，候选解计算单元83包括：测量距离值获取单元821和候选解计算子单元832，其中：

感知范围计算单元81，用于计算每个工作节点的感知范围，确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，所述工作节点是指感知到目标物的节点。

感知范围计算单元81计算每个工作节点的感知范围具体可以通过每个工作节点的地理位置坐标以及每个工作节点的信号功率计算得出。

组合单元82，用于将所有工作节点进行组合，每个所述组包含两个工作节点。

测量距离值获取单元831，用于获取工作节点发送的每个工作节点与所述目标物之间的测量距离值；

候选解计算子单元832，用于利用如下公式计算每个组的至少一个候选坐标解；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{o,1}=\frac{b{y}_1+x_1-\mathrm{ab}+\sqrt{2(b{x}_1+a)y_1-y_1^2-b^2{x}_1^2-2\mathrm{ab}{x}_1-a^2+(1+b^2)d_1^2}}{1+b^2}\\ y_{o,1}=a+b{x}_{o,1}\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{o,2}=\frac{b{y}_1+x_1-\mathrm{ab}-\sqrt{2(b{x}_1+a)y_1-y_1^2-b^2{x}_1^2-2\mathrm{ab}{x}_1-a^2+(1+b^2)d_1^2}}{1+b^2}\\ y_{o,2}=a+b{x}_{o,2}\end{array}\right.$

$a=\frac{1}{2}\frac{(x_1^2-x_2^2)+(y_1^2-y_2^2)-(d_1^2-d_2^2)}{y_1-y_2}$

$b=-\frac{x_1-x_2}{y_1-y_2}$

其中：(x₁，y₁)和(x₂，y₂)是两个工作节点的坐标值，d₁和d₂分别是所述两个工作节点与所述目标物之间的测量距离值，(x_o，1，y_o，1)和(x_o，2，y_o，2)为所述两个工作节点所在组的候选坐标解。

最终解计算单元84，用于根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解；其中，所述每个组的最终坐标解是所述每个组相对于所述目标物的最终坐标解，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值。

作为一种可选的实施方式，最终解计算单元84还用于当每个组存在第一类组时，计算所述共同重叠区域的质心的坐标值为第一类组的最终坐标解，所述第一类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为0的组；

最终解计算单元84还用于当每个组存在第二类组时，选择在所述共同重叠区域内的坐标解为第二类组的最终坐标解，所述第二类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为1的组；

最终解计算单元84还用于当每个组中存在第三类组时，且当每个组中存在第二类组时，计算所有第二类组的最终坐标解的平均值，从第三类组的候选坐标解中选择一个与所述平均值距离值最小的候选坐标解为第三类组的最终坐标解，所述第三类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为2的组；

最终解计算单元84还用于当每个组中存在第三类组时，且当每个组中不存在第二类组，且存至少两组第三类组时，选择第三类组中每个组的候选坐标解之间距离值最小的候选解为第三类组中每个组的最终坐标解；

最终解计算单元84还用于当每个组中存在第三类组时，且当每个组中不存在第二类组，且只存至一组第三类组时，计算第三类组的候选坐标解的平均值，将计算出的平均值作为第三类组的最终坐标解。

这样可以保证最终解计算单元84计算出的每个组的最终坐标解在所述共同重叠区域，从而保证计算出的最终坐标解的可靠性，不会出现不可靠的坐标解。

坐标值计算单元85，用于计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的坐标值。

本实施例，候选解计算单元可以实现通过双边定位计算方法计算每个组的候选坐标解，最终解计算单元再根据每个组的候选坐标解确定每个组的最终坐标解，且每个组的最终坐标解都在所述共同重叠区域，，从而保证计算出的最终坐标解的可靠性，不会出现不可靠的坐标解。同时，计算出的目标物理地理位置坐标的可靠性高。

图9是本发明实施例提供的一种目标物地理位置的计算设备的第三实施例的结构示意图，如图9所示，包括：竞争单元91、接收单元92、感知范围计算单元93、组合单元94、候选解计算单元95、最终解计算单元96和坐标值计算单元97，其中：

竞争单元91，用于在所在工作节点中竞争为簇首节点。

作为一种可选的实施方式，301步骤中的竞争过程可以包括：

每个工作节点根据能量参数构造簇首竞争窗口cw_j，其中，剩余能量越大竞争窗口越小，所述竞争窗口具体为一个时间量；

剩余能量越大的工作节点竞争为簇首节点；因为竞争窗口具体为一个时间量，当竞争窗口越小时，那么该工作节点就能以最快的速度竞争为簇首节点。

当竞争到簇首节点的工作节点就向其它工作节点发送已经竞争到簇首节点的消息，以使其它工作点中止竞争。

接收单元92，用于接收竞争失败的工作节点发送的所有竞争失败的工作节点的节点标识、节点坐标值和信号功率。

当竞争簇首节点过程结束后，接收单元92就会接收到竞争失败的工作节点发送的把节点标识、节点坐标值和信号功率。

感知范围计算单元93，用于根据每个工作节点的节点坐标值和信号功率计算每个工作节点的感知范围。

组合单元94，用于将所有工作节点进行组合，每个组包含两个工作节点。

组合单元94具体可以采用上面实施提供的组合单元。

候选解计算单元95，计算每个组的至少一个候选坐标解，其中，所述每个组的至少一个候选坐标解是指每个组相对于所述目标物的候选坐标解。

候选解计算单元95具体可以采用上面实施提供的候选解计算单元。

最终解计算单元96，用于根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解；其中，所述每个组的最终坐标解是所述每个组相对于所述目标物的最终坐标解，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值。

最终解计算单元96具体可以采用上面实施提供的最终解计算单元。

坐标值计算单元97，用于计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的坐标值。

坐标值计算单元97具体可以采用上面实施提供的坐标值计算单元。

本实施例，在上面实施例的基础上，增加了竞争单元竞争为簇首节点，可以实现由簇首节点完成上述计算出所述目标物的地理位置坐标。同时，计算出的目标物理地理位置坐标的可靠性高。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)等。

Claims (10)

1.一种目标物地理位置的计算方法，其特征在于，包括：

计算每个工作节点的感知范围，并确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，所述工作节点是指感知到目标物的节点；

将所有工作节点进行组合，每个组包含两个工作节点；

计算每个组的至少一个候选坐标解，其中，所述每个组的至少一个候选坐标解是指每个组相对于所述目标物的候选坐标解；

根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解；其中，所述每个组的最终坐标解是所述每个组相对于所述目标物的最终坐标解，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值；

计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的地理位置坐标。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算每个组的候选坐标解包括：

获取工作节点发送的每个工作节点与所述目标物之间的测量距离值；

利用如下公式计算每个组的至少一个候选坐标解；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{o,1}=\frac{{\mathrm{by}}_1+x_1-ab+\sqrt{2({\mathrm{bx}}_1+a)y_1-y_1^2-b^2{x}_1^2-2{\mathrm{abx}}_1-a^2+(1+b^2)d_1^2}}{1+b^2}\\ y_{o,1}=a+{\mathrm{bx}}_{o,1}\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{o,2}=\frac{{\mathrm{by}}_1+x_1-ab-\sqrt{2({\mathrm{bx}}_1+a)y_1-y_1^2-b^2{x}_1^2-2{\mathrm{abx}}_1-a^2+(1+b^2)d_1^2}}{1+b^2}\\ y_{o,2}=a+{\mathrm{bx}}_{o,2}\end{array}\right.$

$a=\frac{1}{2}\frac{(x_1^2-x_2^2)+(y_1^2-y_2^2)-(d_1^2-d_2^2)}{y_1-y_2}$

$b=-\frac{x_1-x_2}{y_1-y_2}$

其中：(x₁,y₁)和(x₂,y₂)是两个工作节点的坐标值，d₁和d₂分别是所述两个工作节点与所述目标物之间的测量距离值，(x_o,1,y_o,1)和(x_o,2,y_o,2)为所述两个工作节点所在组的候选坐标解。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解包括：

当每个组存在第一类组时，计算所述共同重叠区域的质心的坐标值为第一类组的最终坐标解，所述第一类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为0的组；

当每个组存在第二类组时，选择在所述共同重叠区域内的坐标解为第二类组的最终坐标解，所述第二类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为1的组；

当每个组中存在第三类组时，且当每个组中存在第二类组时，计算所有第二类组的最终坐标解的平均值，从第三类组的候选坐标解中选择一个与所述平均值距离值最小的候选坐标解为第三类组的最终坐标解，所述第三类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为2的组；

当每个组中存在第三类组时，且当每个组中不存在第二类组，且存在至少两组第三类组时，选择第三类组中每个组的候选坐标解之间距离值最小的候选解为第三类组中每个组的最终坐标解；

当每个组中存在第三类组时，且当每个组中不存在第二类组，且只存在一组第三类组时，计算第三类组的候选坐标解的平均值，将计算出的平均值作为第三类组的最终坐标解。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述计算每个组的最终坐标解的平均值包括：

通过如下公式计算每个组的最终坐标解的平均值；

$(x_{of},y_{of})=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}(x_{r,j},y_{r,j})}{N}$

其中，x_r,j,y_r,j为每个组的最终坐标解j为1至N，其中N为每个组的个数，x_of,y_of为每个组的最终坐标解的平均值。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述计算每个工作节点的感知范围之前包括：

在所有工作节点中竞争为簇首节点；

接收竞争失败的工作节点发送的所有竞争失败的工作节点的节点标识、节点坐标值和信号功率；

所述计算每个工作节点的感知范围包括：

根据每个工作节点的节点坐标值和信号功率计算每个工作节点的感知范围。

6.一种目标物地理位置的计算设备，其特征在于，包括：感知范围计算单元、组合单元、候选解计算单元、最终解计算单元和坐标值计算单元，其中：

感知范围计算单元，用于计算每个工作节点的感知范围，确定所有工作节点的感知范围的共同重叠区域，所述工作节点是指感知到目标物的节点；

组合单元，用于将所有工作节点进行组合，每个组包含两个工作节点；

候选解计算单元，计算每个组的至少一个候选坐标解，其中，所述每个组的至少一个候选坐标解是指每个组相对于所述目标物的候选坐标解；

最终解计算单元，用于根据每个组的至少一个候选坐标解确定每个组的最终坐标解；其中，所述每个组的最终坐标解是所述每个组相对于所述目标物的最终坐标解，所述每个组的最终坐标解包括每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解，或所述共同重叠区域的质心坐标值，或每个组的至少一个候选坐标解中的落入所述共同重叠区域内的坐标解的平均值；

坐标值计算单元，用于计算每个组的最终坐标解的平均值，并将计算出的平均值作为所述目标物的坐标值。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述候选解计算单元包括：

测量距离值获取单元，用于获取工作节点发送的每个工作节点与所述目标物之间的测量距离值；

候选坐标解计算单元，用于利用如下公式计算每个组的至少一个候选坐标解；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{o,1}=\frac{{\mathrm{by}}_1+x_1-ab+\sqrt{2({\mathrm{bx}}_1+a)y_1-y_1^2-b^2{x}_1^2-2{\mathrm{abx}}_1-a^2+(1+b^2)d_1^2}}{1+b^2}\\ y_{o,1}=a+{\mathrm{bx}}_{o,1}\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{o,2}=\frac{{\mathrm{by}}_1+x_1-ab-\sqrt{2({\mathrm{bx}}_1+a)y_1-y_1^2-b^2{x}_1^2-2{\mathrm{abx}}_1-a^2+(1+b^2)d_1^2}}{1+b^2}\\ y_{o,2}=a+{\mathrm{bx}}_{o,2}\end{array}\right.$

$a=\frac{1}{2}\frac{(x_1^2-x_2^2)+(y_1^2-y_2^2)-(d_1^2-d_2^2)}{y_1-y_2}$

$b=-\frac{x_1-x_2}{y_1-y_2}$

其中：(x₁,y₁)和(x₂,y₂)是两个工作节点的坐标值，d₁和d₂分别是所述两个工作节点与所述目标物之间的测量距离值，(x_o,1,y_o,1)和(x_o,2,y_o,2)为所述两个工作节点所在组的候选坐标解。

8.如权利要求6或7中任一项所述的设备，其特征在于，所述最终解计算单元还用于当每个组存在第一类组时，计算所述共同重叠区域的质心的坐标值为第一类组的最终坐标解，所述第一类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为0的组；

所述最终解计算单元还用于当每个组存在第二类组时，选择在所述共同重叠区域内的坐标解为第二类组的最终坐标解，所述第二类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为1的组；

所述最终解计算单元还用于当每个组中存在第三类组时，且当每个组中存在第二类组时，计算所有第二类组的最终坐标解的平均值，从第三类组的候选坐标解中选择一个与所述平均值距离值最小的候选坐标解为第三类组的最终坐标解，所述第三类组是指候选坐标解在所述共同重叠区域内的个数为2的组；

所述最终解计算单元还用于当每个组中存在第三类组时，且当每个组中不存在第二类组，且存在至少两组第三类组时，选择第三类组中每个组的候选坐标解之间距离值最小的候选解为第三类组中每个组的最终坐标解；

所述最终解计算单元还用于当每个组中存在第三类组时，且当每个组中不存在第二类组，且只存至一组第三类组时，计算第三类组的候选坐标解的平均值，将计算出的平均值作为第三类组的最终坐标解。

9.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述坐标值计算单元还用于通过如下公式计算每个组的最终坐标解的平均值；

$(x_{of},y_{of})=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}(x_{r,j},y_{r,j})}{N}$

其中，x_r,j,y_r,j为每个组的最终坐标解j为1至N，其中N为每个组的个数，x_of,y_of为每个组的最终坐标解的平均值。

10.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

竞争单元，用于在所在工作节点中竞争为簇首节点；

接收单元，用于接收竞争失败的工作节点发送的所有竞争失败的工作节点的节点标识、节点坐标值和信号功率；

所述感知范围计算单元还用于根据每个工作节点的节点坐标值和信号功率计算每个工作节点的感知范围。