【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于傳感器網絡定位領域，特別涉及一種基于局部aoa和距離的無線傳感器網絡協同定位方法。
技術介紹
1、無線傳感器網絡由大量低成本、具有通信與數據處理能力的傳感器節點組成，能協同感知、采集、處理其覆蓋區域內的信息并完成指定任務。由于體積和成本限制，節點通常采用電池供電，因此具有有限的數據分析和信息傳送能力。典型的無線傳感器網絡通過隨機或人為布置大量傳感器節點組成，每個傳感器節點都有自己的通信與感知范圍，可以檢測周圍環境并與鄰居節點交換信息。
2、目前無線傳感器網絡定位算法基本上都是基于測距，比如基于到達信號強度(rssi)，基于到達時間(toa)，基于到達時間差(tdoa)，基于到達角度(aoa)。toa和tdoa技術需要精確的時間同步，然而在無線傳感器網絡中，全網時間同步問題是公認的技術難題。aoa的核心思想是通過硬件設備感知其他設備發送信號的到達角度，計算接收節點和發送節點的相對方向。然而aoa在實際運用中，要求節點知道自己相對于全局坐標系的朝向，這需要額外的開銷；aoa技術多用于節點定位，要求未知節點至少兩個錨節點(信標節點)作為鄰居，錨節點采用aoa測量，進而定位未知節點；aoa技術定位精度較差，是一直以來限制其實際應用的瓶頸。
3、與本專利技術近似的技術方案：cn117651250a一種基于uwb和aoa技術的定位測向方法；cn117686974a一種量化aoa的凸優化目標定位方法；cn103841641a一種基于到達角度和gossip算法的無線傳感器網絡分布式協作定位方法；cn1133
4、上述技術方案的不足之處在于：多用于節點定位，大規模網絡下并未實現(cn117651250a、cn117686974a)；錨節點數量過多(cn103841641a、cn110996248a)；要求未知節點與至少與三個信標節點建立通信(cn113316084a)；mds算法需要補全距離矩陣，需要大量測量(cn102231912a)；aoa測量需要知道節點朝向；采用單一信息，網絡可定位條件較強。本專利技術構建可定位網絡、基于圖搜索判斷網絡是否可定位、利用aoa信息和距離信息建立約束，將定位問題構建為sdp問題并求解。基于內部夾角和距離信息的定位問題模型與求解算法。
5、混合測量結合了多種不同類型的傳感器數據，這些數據可以互相校準和補償，從而提高定位的精度和魯棒性。當一個傳感器出現故障或者失效時，混合測量系統可以通過其他傳感器提供的數據進行容錯，從而保證定位系統的可靠性。
6、通過uwb技術或者視覺方案可以獲得距離以及aoa信息。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種無線傳感器網絡協同定位方法，能夠實現利用傳感器節點間距離和節點處不同方位之間的夾角信息，在無gnss的環境下的協同定位。
2、本專利技術提供了一種基于局部aoa和距離的傳感器網絡定位方法，采用內部夾角，也就是兩個方位之間的角度差，和傳感器之間的距離作為約束，與傳統基于單一測度定位方法相比，本專利技術在更弱的網絡條件下可以實現定位，此外混合測量提供了數據冗余，使得定位結果更加可靠。
3、為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為一種基于局部aoa和距離的無線傳感器網絡協同定位方法，首先獲得aoa測量和距離測量；然后通過通信將測量值發送到中央處理單元，以夾角和距離作為約束，把定位問題建模成sdp，通過松弛方法將問題轉化為一個凸問題；最后，求解凸問題，得到未知節點位置的估計值；包括如下步驟：
4、s1、在需要無線傳感器覆蓋的區域內，布置能夠被定位的傳感器網絡，具體實施過程如下：
5、s1.1、首先構建一個三角化的傳感器網絡
6、s1.2、增加一個傳感器節點{4}，要求增加的傳感器節點能感知到原傳感器網絡中至少1個傳感器節點；增加傳感器節點{5}，要求其能感知到傳感器節點{4}；增加傳感器傳感器節點{6}，要求其能感知到傳感器節點{5}以及初始的三角化網絡中的任意一個傳感器節點。
7、s1.3、接著按照前一步的方式布置剩余傳感器節點{7，...，n}，用s表示未知傳感器節點集合，s＝{1，...，n}，代表其標簽。
8、s1.4、得到網絡在節點中選擇不全共線的節點當作錨節點，錨節點集合記為得到傳感器網絡
9、s2、檢查所布置傳感器網絡是否可定位，通過s1中的構建步驟，保證傳感器網絡的可定位性，但在實際應用中節點之間的感知可能會因為環境變化而失效，傳感器網絡的網絡拓撲結構會因此改變，所以檢查傳感器網絡是否可定位是一個重要的問題，這個問題通常通過檢查網絡增廣圖的形狀是否可以唯一確定來解決。下面基于圖搜索判斷傳感器網絡是否可定位。
10、s2.1、判斷傳感器網絡是否連通，如果傳感器網絡連通，進入下一步；如果傳感器網絡不連通，則不能定位。
11、s2.2、從源點出發(錨節點視作源點)進行廣度優先搜索，錨點集合中的任意一點視為源點，搜索到不同的源點時停止搜索，找到一條最短路徑，如果路徑的長度等于4，那么這條路徑視為有效，該路徑上的點視為可以定位，將錨點集合a中的這個點加入到源點集合。
12、s2.3、當源點集合不再更新時，停止搜索。
13、s2.4、如果源點集合等于傳感器節點集合，那么傳感器網絡就是能夠被定位的；反之，則不可定位。如果傳感器網絡不可定位，調整傳感器網絡。
14、s3、對于經由s2判斷為可定位的傳感器網絡讓其中每個傳感器節點進行角度測量與距離測量，測算出內部夾角相對距離其中i表示編號為i的傳感器，j和k表示其鄰居，θijk表示邊(i,j)與邊(i，k)形成的夾角，表示角度索引集合，dij表示傳感器節點i和j之間的距離，表示邊集索引。測算方式如下：
15、s3.1、喚醒傳感器節點，每個傳感器節點在其感知范圍內測量其他節點相對于自己的方位角θijo，其中i表示編號為i的傳感器，j表示其鄰居，表示傳感器朝向。
16、s3.2、傳感器節點將兩個到達角信息轉化為一個夾角信息，比如節點j對節點i的到達角θijo，節點k對節點i的到達角θiko，兩者之差即是傳感器i所測算出的傳感器j和傳感器k與i所形成的夾角θijk。
17、s3.3、基于測距技術，節點j相對于節點i的距離用duj表示。
18、s4、每個傳感器節點將自己測算出的夾角信息和距離信息傳送至中央處理單元進行問題求解。中央處理單元根據收集到的信息進行定位問題求解，傳感器定位問題被建立為sdp模型，所述sdp模型的特征在于僅通過角度信息、距離信息和錨節點信息去求解所有未知節點的位置。具體步驟如下：
19、s4.1、根據測度信息恢復出網絡的拓撲結本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于局部AOA和距離的無線傳感器網絡協同定位方法，其特征在于，首先獲得AOA測量和距離測量；然后通過通信將測量值發送到中央處理單元，以夾角和距離作為約束，把定位問題建模成SDP，通過松弛方法將問題轉化為一個凸問題；最后，求解凸問題，得到未知節點位置的估計值；包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于局部AOA和距離的無線傳感器網絡協同定位方法，其特征在于，S2包括如下步驟，S2.1、判斷傳感器網絡是否連通，如果傳感器網絡連通，進入下一步；如果傳感器網絡不連通，則不能定位；
3.根據權利要求1所述的一種基于局部AOA和距離的無線傳感器網絡協同定位方法，其特征在于，S3包括如下步驟，測算方式如下：
4.根據權利要求1所述的一種基于局部AOA和距離的無線傳感器網絡協同定位方法，其特征在于，S4包括如下步驟，具體步驟如下：
【技術特征摘要】
1.一種基于局部aoa和距離的無線傳感器網絡協同定位方法，其特征在于，首先獲得aoa測量和距離測量；然后通過通信將測量值發送到中央處理單元，以夾角和距離作為約束，把定位問題建模成sdp，通過松弛方法將問題轉化為一個凸問題；最后，求解凸問題，得到未知節點位置的估計值；包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于局部aoa和距離的無線傳感器網絡協同定位方法，其特征在于，s2...
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