一種基于最小二乘定位的不確定性分析方法與流程

本發明涉及無線定位技術。

背景技術：

實際無線通信環境中，由于噪聲、環境和測量誤差等不良因素的影響，引起通信距離估計具有較大的誤差，導致最小二乘定位結果具有很強的不確定性，給定位結果在導航等后續應用處理方法提出了挑戰。本發明針對上述問題，對最小二乘定位過程中的不確定性的因素進行敏感性分析，分析出導致不確定性的主要因素及其對定位計算結果的影響程度，并對定位計算結果的不確定性進行評估，為改善無線定位精度方法提供指導。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決最小二乘定位計算過程中的不確定性敏感性分析和不確定性綜合問題，提供一種基于最小二乘定位的不確定性分析方法。

本發明所述的一種基于最小二乘定位的不確定性分析方法包括以下步驟：

步驟一、系統中有i+1個無線傳感器節點，分別為i個定位的錨節點和1個未知節點，它們都具有nanoloc無線射頻收發器，并可采用雙邊對等方法測量得到任意兩個節點間的距離估計值，其中i為用戶設定的參數，為正整數，且6≤i≤10，本發明中，i取值為9；

步驟二、系統中各個節點進行初始化，未知節點首先建立無線網絡，并等待其它節點申請加入網絡；

步驟三、i個錨節點初始化成功后，分別采用射頻收發器掃描發現未知節點建立的無線網絡，并通過射頻收發器發送網絡加入請求數據包，并成功加入該無線網絡，如果加入網絡成功，則執行步驟四，否則，執行步驟三；

步驟四、未知節點通過其無線射頻收發器廣播定位請求數據包，第i個錨節點收到定位請求數據包后，采用雙邊對等測距方法，通過與未知節點間的4j次數據包交互，獲得第i個錨節點與未知節點間的距離di的j次測量值：{di1,di2,di3,…,dij,…,dij}，并進行統計計算，將測量值的統計均值di_u作為距離di估計結果，將測量值的統計標準差di_σ作為距離di估計結果的不確定性，其中i為正整數，且1≤i≤i，i的初始值為1，j為正整數，且1≤j≤j，j為用戶設定的正整數，且50≤j≤150，本發明中，j取值為100；

步驟五、i＝i+1，判斷i的值是否大于i，若是，則執行步驟六，否則執行步驟四；

步驟六、系統獲得了未知節點與i個錨節點間的距離估計結果{d1_u,d2_u,d3_u,…,di_u,…,di_u}，以及它們對應的不確定度{d1_σ,d2_σ,d3_σ,…,di_σ,…,di_σ}，并結合三個錨節點的坐標：{(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3),…,(xi，yi),…,(xi，yi)},則未知節點的坐標(x，y)按公式(1)進行計算：

其中

步驟七、定位計算結果(x，y)的不確定性(x_σ,y_σ)按公式(2)進行計算：

其中i為正整數，且1≤i≤i，和分別為敏感因子，分別表示定位因素xi、yi和di_u對定位結果的影響程度大小，通過敏感因子值的大小，可識別出對定位影響較大的因素，為改善定位精度提供重要參考信息，xi_σ和yi_σ分別為第i個錨節點橫坐標和縱坐標的標準差，由于本發明中，設定錨節點的位置是精確值，因此xi_σ＝0，yi_σ＝0，其中i為正整數，且1≤i≤i，因此，公式(2)可簡化為：

步驟八、判斷定位計算任務是否完成，如果是，執行步驟九，否則，在下一個定位點上，執行步驟四；

步驟九、結束最小二乘定位及其不確定性分析任務。

附圖說明

圖1為一種基于最小二乘定位的不確定性分析方法的流程圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種基于最小二乘定位的不確定性分析方法包括以下步驟：

步驟一、系統中有i+1個無線傳感器節點，分別為i個定位的錨節點和1個未知節點，它們都具有nanoloc無線射頻收發器，并可采用雙邊對等方法測量得到任意兩個節點間的距離估計值，其中i為用戶設定的參數，為正整數，且6≤i≤10，本發明中，i取值為9；

步驟二、系統中各個節點進行初始化，未知節點首先建立無線網絡，并等待其它節點申請加入網絡；

步驟三、i個錨節點初始化成功后，分別采用射頻收發器掃描發現未知節點建立的無線網絡，并通過射頻收發器發送網絡加入請求數據包，并成功加入該無線網絡，如果加入網絡成功，則執行步驟四，否則，執行步驟三；

步驟四、未知節點通過其無線射頻收發器廣播定位請求數據包，第i個錨節點收到定位請求數據包后，采用雙邊對等測距方法，通過與未知節點間的4j次數據包交互，獲得第i個錨節點與未知節點間的距離di的j次測量值：{di1,di2,di3,…,dij,…,dij}，并進行統計計算，將測量值的統計均值di_u作為距離di估計結果，將測量值的統計標準差di_σ作為距離di估計結果的不確定性，其中i為正整數，且1≤i≤i，i的初始值為1，j為正整數，且1≤j≤j，j為用戶設定的正整數，且50≤j≤150，本發明中，j取值為100；

步驟五、i＝i+1，判斷i的值是否大于i，若是，則執行步驟六，否則執行步驟四；

步驟六、系統獲得了未知節點與i個錨節點間的距離估計結果{d1_u,d2_u,d3_u,…,di_u,…,di_u}，以及它們對應的不確定度{d1_σ,d2_σ,d3_σ,…,di_σ,…,di_σ}，并結合三個錨節點的坐標：{(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3),…,(xi，yi),…,(xi，yi)},則未知節點的坐標(x，y)按公式(1)進行計算：

其中

步驟七、定位計算結果(x，y)的不確定性(x_σ,y_σ)按公式(2)進行計算：

其中i為正整數，且1≤i≤i，和分別為敏感因子，分別表示定位因素xi、yi和di_u對定位結果的影響程度大小，通過敏感因子值的大小，可識別出對定位影響較大的因素，為改善定位精度提供重要參考信息，xi_σ和yi_σ分別為第i個錨節點橫坐標和縱坐標的標準差，由于本發明中，設定錨節點的位置是精確值，因此xi_σ＝0，yi_σ＝0，其中i為正整數，且1≤i≤i，因此，公式(2)可簡化為：

步驟八、判斷定位計算任務是否完成，如果是，執行步驟九，否則，在下一個定位點上，執行步驟四；

步驟九、結束最小二乘定位及其不確定性分析任務。

具體實施方案二，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種基于最小二乘定位的不確定性分析方法作進一步說明，本實施方式中，采用偏微分的方法，獲得最小二乘定位計算過程中各個不確定性因素的敏感因子，評估這些因素的不確定度對定位計算結果的影響程度大小。

具體實施方案三，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種基于最小二乘定位的不確定性分析方法作進一步說明，本實施方式中，通過對各個不確定性的綜合，獲得最小二乘定位計算結果的不確定性，為后續應用處理方法，例如導航決策提供參考。

具體實施方案四，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種基于最小二乘定位的不確定性分析方法作進一步說明，本實施方式中，能夠有效對最小二乘定位計算中的不確定性進行分析，也可以對改進的最小二乘定位計算過程中的不確定性進行有效分析。

具體實施方案五，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種基于最小二乘定位的不確定性分析方法作進一步說明，本實施方式中，能夠有效對定位計算中的不確定性進行分析，也可以對三維及多維定位計算過程中的不確定性進行分析。