CN107371237A - 一种无线定位中锚节点优化选择算法 - Google Patents

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罗清华
沈豪
周鹏太
杨鹏
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Abstract

一种无线定位中锚节点优化选择算法，涉及最小二乘定位计算、最大似然定位计算过程中的锚节点优化选择。本发明是为了有效解决最小二乘、最大似然定位计算过程中锚节点的高效率优化选择问题。本发明所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法，首先定义估计质量参数滑动窗口；然后采用估计质量参数滑动窗口在估计质量参数序列中单遍扫描，并不断进行比较和数值调整；最后获得高质量的距离估计值及其对应的锚节点，为后续高精度的最大似然、最小二乘定位计算提供支撑。

Description

一种无线定位中锚节点优化选择算法
技术领域
本发明涉及高精度的距离估计和无线定位技术。
背景技术
实际无线通信环境中，由于噪声、环境干扰和测量误差等不良因素的影响，引起通信距离估计具有不同程度的误差，导致最大似然、最小二乘等定位计算结果具有很强的不确定性，不能为后续导航和决策提供准确的先验知识和决策信息。本发明针对上述问题，考虑不同距离估计值的噪声水平存在差异，基于各个距离估计值序列以及相对应的估计质量参数序列，不需要排序算法，采用滑动窗口和单遍扫描的策略，高效率地优化选择出高质量的距离估计值及对应的锚节点，减小噪声对定位精度的负面影响，为后续定位计算获得高精度的定位结果提供很重要支撑。
发明内容
本发明的目的是为了解决最小二乘、最大似然定位计算过程中锚节点的高效率优化选择问题，提供一种无线定位中锚节点优化选择算法。
本发明所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法包括以下步骤：
步骤一、系统中有I+1个无线传感器节点，分别为I个定位的锚节点A＝{A1,A2,A3,…,Ai,…,AI}和1个未知节点，它们都具有nanoLOC无线射频收发器，并可以采用双边对等方法测量得到任意两个节点间的距离估计值，其中i为正整数，且1≤i≤I，I为用户设定的参数，为正整数，且6≤I≤15，本发明中，I取值为10；
步骤二、系统通过多次重复测量和统计计算，获得未知节点到各个锚节点间的距离估计值序列d＝{d1,d2,d3,…,di,…,dI}，以及对应的估计质量参数序列q＝{q1,q2,q3,…,qi,…,qI}，定义估计质量参数滑动窗口w＝{w1,w2,w3,…,wk,…,wK}，其中1≤i≤I，1≤k≤K，i和k初始化值为1，其中K为用户定义的正整数，且3≤K≤I，定义变量l，且1≤l≤K，l初始值为K，估计质量参数可以是统计标准差或者其它表征估计结果质量的参数，本发明中采用统计标准差；
步骤三、系统判断k是否大于K，如果是，k值置为1，执行步骤五，否则执行步骤四；
步骤四、wk的值置为Inf，其中Inf为最大实数，k＝k+1，执行步骤三；
步骤五、系统判断i是否大于I，如果是，执行步骤十，否则执行步骤六；
步骤六、系统判断k是否大于K，如果是，k值置为1，i＝i+1，执行步骤五，否则执行步骤七；
步骤七、系统判断qi是否小于wk，若是，执行步骤八，否则，k＝k+1，执行步骤六；
步骤八、系统判断l是否小于k，如果是，l的值置为K，wl＝qi，执行步骤六，否则执行步骤九；
步骤九、wl＝wl-1，l＝l-1，执行步骤八；
步骤十、系统获得滑动窗口序列w＝{w1,w2,w3,…,wk,…,wK}，将其对应的距离估计值序列作为优化选择的距离估计结果d'＝{d'1,d'2,d'3,…,d'k,…,d'K}，执行步骤十一；
步骤十一、距离估计结果d'＝{d'1,d'2,d'3,…,d'k,…,d'K}，以及对应的锚节点A'＝{A'1,A'2,A'3,…,A'k,…,A'K}即为优化选择的距离估计值和锚节点，为后续最小二乘等定位方法提供距离估计值和锚节点坐标信息。
附图说明
图1为一种无线定位中锚节点优化选择算法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法包括以下步骤：
步骤一、系统中有I+1个无线传感器节点，分别为I个定位的锚节点A＝{A1,A2,A3,…,Ai,…,AI}和1个未知节点，它们都具有nanoLOC无线射频收发器，并可以采用双边对等方法测量得到任意两个节点间的距离估计值，其中i为正整数，且1≤i≤I，I为用户设定的参数，为正整数，且6≤I≤15，本发明中，I取值为10；
步骤二、系统通过多次重复测量和统计计算，获得未知节点到各个锚节点间的距离估计值序列d＝{d1,d2,d3,…,di,…,dI}，以及对应的估计质量参数序列q＝{q1,q2,q3,…,qi,…,qI}，定义估计质量参数滑动窗口w＝{w1,w2,w3,…,wk,…,wK}，其中1≤i≤I，1≤k≤K，i和k初始化值为1，其中K为用户定义的正整数，且3≤K≤I，定义变量l，且1≤l≤K，l初始值为K，估计质量参数可以是统计标准差或者其它表征估计结果质量的参数，本发明中采用统计标准差；
步骤三、系统判断k是否大于K，如果是，k值置为1，执行步骤五，否则执行步骤四；
步骤四、wk的值置为Inf，其中Inf为最大实数，k＝k+1，执行步骤三；
步骤五、系统判断i是否大于I，如果是，执行步骤十，否则执行步骤六；
步骤六、系统判断k是否大于K，如果是，k值置为1，i＝i+1，执行步骤五，否则执行步骤七；
步骤七、系统判断qi是否小于wk，若是，执行步骤八，否则，k＝k+1，执行步骤六；
步骤八、系统判断l是否小于k，如果是，l的值置为K，wl＝qi，执行步骤六，否则执行步骤九；
步骤九、wl＝wl-1，l＝l-1，执行步骤八；
步骤十、系统获得滑动窗口序列w＝{w1,w2,w3,…,wk,…,wK}，将其对应的距离估计值序列作为优化选择的距离估计结果d'＝{d'1,d'2,d'3,…,d'k,…,d'K}，执行步骤十一；
步骤十一、距离估计结果d'＝{d'1,d'2,d'3,…,d'k,…,d'K}，以及对应的锚节点A'＝{A'1,A'2,A'3,…,A'k,…,A'K}即为优化选择的距离估计值和锚节点，为后续最小二乘等定位方法提供距离估计值和锚节点坐标信息。
具体实施方案二，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法作进一步说明，本实施方式中，采用滑动窗口和单遍扫描的策略，不需要排序，即可实现高效率的距离估计值和锚节点的优化选择。
具体实施方案三，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法作进一步说明，本实施方式中，采用的估计质量参数，可以是统计标准差，也可以是其它表征距离估计质量的参数。
具体实施方案四，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法作进一步说明，本实施方式中，通过通信距离估计的优化选择，去掉误差较大的距离估计值，可减小距离估计值中误差因素对定位精度的负面影响。
具体实施方案五，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法作进一步说明，本实施方式中，实现对通信距离及对应锚节点的优化高效选择，为后续的最大似然、最小二乘和三边定位等定位计算方法提供高质量的距离估计值，以及获得高精度的定位结果提供重要支撑。

Claims (5)

1.一种无线定位中锚节点优化选择算法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
步骤一、系统中有I+1个无线传感器节点，分别为I个定位的锚节点A＝{A1,A2,A3,…,Ai,…,AI}和1个未知节点，它们都具有nanoLOC无线射频收发器，并可以采用双边对等方法测量得到任意两个节点间的距离估计值，其中i为正整数，且1≤i≤I，I为用户设定的参数，为正整数，且6≤I≤15，本发明中，I取值为10；
步骤二、系统通过多次重复测量和统计计算，获得未知节点到各个锚节点间的距离估计值序列d＝{d1,d2,d3,…,di,…,dI}，以及对应的估计质量参数序列q＝{q1,q2,q3,…,qi,…,qI}，定义估计质量参数滑动窗口w＝{w1,w2,w3,…,wk,…,wK}，其中1≤i≤I，1≤k≤K，i和k初始化值为1，其中K为用户定义的正整数，且3≤K≤I，定义变量l，且1≤l≤K，l初始值为K，估计质量参数可以是统计标准差或者其它表征估计结果质量的参数，本发明中采用统计标准差；
步骤三、系统判断k是否大于K，如果是，k值置为1，执行步骤五，否则执行步骤四；
步骤四、wk的值置为Inf，其中Inf为最大实数，k＝k+1，执行步骤三；
步骤五、系统判断i是否大于I，如果是，执行步骤十，否则执行步骤六；
步骤六、系统判断k是否大于K，如果是，k值置为1，i＝i+1，执行步骤五，否则执行步骤七；
步骤七、系统判断qi是否小于wk，若是，执行步骤八，否则，k＝k+1，执行步骤六；
步骤八、系统判断l是否小于k，如果是，l的值置为K，wl＝qi，执行步骤六，否则执行步骤九；
步骤九、wl＝wl-1，l＝l-1，执行步骤八；
步骤十、系统获得滑动窗口序列w＝{w1,w2,w3,…,wk,…,wK}，将其对应的距离估计值序列作为优化选择的距离估计结果d'＝{d'1,d'2,d'3,…,d'k,…,d'K}，执行步骤十一；
步骤十一、距离估计结果d'＝{d'1,d'2,d'3,…,d'k,…,d'K}，以及对应的锚节点A'＝{A'1,A'2,A'3,…,A'k,…,A'K}即为优化选择的距离估计值和锚节点，为后续最小二乘等定位方法提供距离估计值和锚节点坐标信息。
2.根据权利要求1所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法作进一步说明，其特征在于采用滑动窗口和单遍扫描的策略，不需要排序，即可实现高效率的距离估计值和锚节点的优化选择。
3.根据权利要求1所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法作进一步说明，其特征在于本发明中的估计质量参数，可以是统计标准差，也可以是其它表征距离估计质量的参数。
4.根据权利要求1所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法作进一步说明，其特征在于通过通信距离估计的优化选择，去掉误差较大的距离估计值，可减小距离估计值中误差因素对定位精度的负面影响。
5.根据权利要求1所述的一种无线定位中锚节点优化选择算法作进一步说明，其特征在于本发明实现对通信距离及对应锚节点的优化高效选择，为后续的最大似然、最小二乘和三边定位等定位计算方法提供高质量的距离估计值，以及获得高精度的定位结果提供重要支撑。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105848283A (zh) * 2016-03-18 2016-08-10 南京邮电大学 基于区域划分锚节点移动的DV-Hop定位方法
CN106412821A (zh) * 2016-06-20 2017-02-15 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于通信距离估计及其在线评估的最小二乘定位方法

Patent Citations (2)

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Non-Patent Citations (1)

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Title
罗清华 等: "《基于滑动窗口模式匹配的动态距离估计方法》", 《仪器仪表学报》 *

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