一种基于空间投影的RSSI测距定位方法与流程

一种基于空间投影的rssi测距定位方法
技术领域
1.本发明涉及一种测距定位方法，特别是涉及一种基于空间投影的rssi测距定位方法。


背景技术：

2.无线传感器网络是一种采用无线通信技术将大量传感器节点进行自由随机的组织和结合方式而形成的网络，是一个多学科融合交叉的大规模、可靠的新型技术。作为一种全新的信息获取和处理技术，无线传感器网络在目标跟踪、入侵监测及一些定位相关领域有着广泛的应用前景。无线传感器网络覆盖范围广、节点部署随机性强，当节点采集到数据时若没有位置信息几乎是没有应用价值的，因此传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置发生了什么事件”，从而实现对外部目标的定位和跟踪。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于空间投影的rssi测距定位方法，本发明利用电磁波传播损耗模型，先筛选三个锚节点构造平面三角形，计算该平面法向量，再利用空间投影技术对该平面三角形进行空间投影，构造出新的平面三角形，计算新平面三角形与法向量夹角即可得到待测节点的空间位置。通过性能分析，本发明发明提升了rssi测距定位算法节点的定位精度。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于空间投影的rssi测距定位方法，所述方法根据空间投影实现对未知节点角度测量提高节点定位精度，具体步骤如下所示：1）对于散布在空间的节点，每个节点的属性都不同，首先对其单位进行统一，使其单位标准化；2）对于在空间中的锚节点，其位置坐标信息是已知的，将已知的锚节点的坐标汇聚成一个集合；3）通过rssi测距定位模型中普遍采用的电磁波传播损耗模型计算待测节点与锚节点之间的信号强度来筛选与其通讯的锚节点；4）通过步骤3筛选出来三个锚节点，计算此三个锚节点所构成平面的法向量；5）对三个锚节点所构成的平面三角形在空间中进行投影，得到新的锚节点投影坐标，重新构建平面三角形，计算法向量与新平面三角形的夹角；6）通过rssi测距定位的模型来计算待测节点与锚节点之间的距离；7）通过上述步骤即可精准定位出待测节点的坐标。
5.所述的一种基于空间投影的rssi测距定位方法，所述步骤2）集合用u表示，其集合u如公式2.1所示：（2.1）。
6.所述的一种基于空间投影的rssi测距定位方法，所述步骤3）通讯的锚节点，如公
式2.2所示：（2.2）。所述的一种基于空间投影的rssi测距定位方法，所述步骤4）构成平面的法向量，如公式2.3所示：(2.3)。所述的一种基于空间投影的rssi测距定位方法，所述步骤5）三角形的夹角，其角度计算如公式2.4所示：（2.4）。所述的一种基于空间投影的rssi测距定位方法，所述步骤6）之间的距离，如公式2.5所示：（2.5）。本发明的优点与效果是：本发明通过定位模型计算待测节点与锚节点间的距离，并在这一基础上引进空间投影技术计算待测节点与锚节点间角度信息，再采用基于距离的几种定位算法来得出待测节点的坐标，进一步实现高精度定位。对比于传统算法在平均定位误差上有所减少，可以提高无线传感器网络中未知节点定位精度。
具体实施方式
7.下面结合实施例对本发明进行详细说明。
8.本发明根提出了一种基于空间投影的rssi测距定位方法，考虑到了节点的空间位置存在角度这一问题，设计了一种根据空间投影技术实现对未知节点的角度测量，进而提高节点定位精度，具体步骤如下所示：1）对于散布在空间的节点，每个节点的属性都不同，首先对其单位进行统一，使其单位标准化。
9.2）对于在空间中的锚节点，其位置坐标信息是已知的，将已知的锚节点的坐标汇聚成一个集合用u表示，其集合u如公式2.1所示：（2.1）3）通过 rssi 测距定位模型中普遍采用的电磁波传播损耗模型计算待测节点与
锚节点之间的信号强度来筛选与其通讯的锚节点，如公式2.2所示：（2.2）其中, 表示与锚节点之间距离为时接收节点接收到的信号强度值，表示路径损耗的指数，表示参考距离，表示与信号发射点之间距离为时信号接收节点收到的信号强度值。
10.4）通过步骤3筛选出来三个锚节点，计算此三个锚节点所构成平面的法向量，如公式2.3所示：(2.3)其中为构建平面的法向量，为两个锚节点的向量，为法向量的坐标，为法向量的系数值。
11.5）对三个锚节点所构成的平面三角形在空间中进行投影，得到新的锚节点投影坐标，重新构建平面三角形，计算法向量与新平面三角形的夹角，其角度计算如公式2.4所示：（2.4）其中为两个法向量之间的夹角，为新平面三角形的法向量。
12.6）通过rssi测距定位的模型来计算待测节点与锚节点之间的距离，如公式2.5所示：（2.5）其中，为当发送距离为d时锚节接收到的信号rssi值，单位为dbm；是发送距离为时锚节点接收到的信号rssi值，单位为dbm。
13.）通过对步骤1到步骤6的计算，可以精准定位出待测节点的坐标。


技术特征：
1.一种基于空间投影的rssi测距定位方法，其特征在于，所述方法根据空间投影实现对未知节点角度测量提高节点定位精度，具体步骤如下所示：1）对于散布在空间的节点，每个节点的属性都不同，首先对其单位进行统一，使其单位标准化；2）对于在空间中的锚节点，其位置坐标信息是已知的，将已知的锚节点的坐标汇聚成一个集合；3）通过rssi测距定位模型中普遍采用的电磁波传播损耗模型计算待测节点与锚节点之间的信号强度来筛选与其通讯的锚节点；4）通过步骤3筛选出来三个锚节点，计算此三个锚节点所构成平面的法向量；5）对三个锚节点所构成的平面三角形在空间中进行投影，得到新的锚节点投影坐标，重新构建平面三角形，计算法向量与新平面三角形的夹角；6）通过rssi测距定位的模型来计算待测节点与锚节点之间的距离；7）通过上述步骤即可精准定位出待测节点的坐标。2.根据权利要求1所述的一种基于空间投影的rssi测距定位方法，其特征在于，所述步骤2）集合用u表示，其集合u如公式2.1所示：（2.1）。3.根据权利要求1所述的一种基于空间投影的rssi测距定位方法，其特征在于，所述步骤3）通讯的锚节点，如公式2.2所示：（2.2）。4.根据权利要求1所述的一种基于空间投影的rssi测距定位方法，其特征在于，所述步骤4）构成平面的法向量，如公式2.3所示：(2.3)。5.根据权利要求1所述的一种基于空间投影的rssi测距定位方法，其特征在于，所述步骤5）三角形的夹角，其角度计算如公式2.4所示：（2.4）。6.根据权利要求1所述的一种基于空间投影的rssi测距定位方法，其特征在于，所述步骤6）之间的距离，如公式2.5所示：（2.5）。

技术总结
一种基于空间投影的RSSI测距定位方法，涉及一种测距定位方法，本发明通过定位模型计算待测节点与锚节点间的距离，并在这一基础上引进空间投影技术计算待测节点与锚节点间角度信息，再采用基于距离的几种定位算法来得出待测节点的坐标，进一步实现高精度定位。利用电磁波传播损耗模型，先筛选三个锚节点构造平面三角形，计算该平面法向量，再利用空间投影技术对该平面三角形进行空间投影，构造出新的平面三角形，计算新平面三角形与法向量夹角即可得到待测节点的空间位置。对比于传统算法在平均定位误差上有所减少，可以提高无线传感器网络中未知节点定位精度。本发明通过性能分析，该发明提升了RSSI测距定位算法节点的定位精度。度。


技术研发人员：易柏言 牛梦怡 芦贺 王军
受保护的技术使用者：沈阳化工大学
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2022/2/8