崔黎+李婧

摘要：本文針對在邊境地區(qū)無線電源定位中，準確的位置定位信息，較低的能量消耗，低成本，低復(fù)雜性以及定位系統(tǒng)綜合性能的協(xié)調(diào)處理是當前邊境地區(qū)無線電定位，網(wǎng)絡(luò)中僅僅設(shè)置少量位置已知的節(jié)點，其他節(jié)點是通過這些已知接點的位置信息，要想確定未知節(jié)點的位置，依靠網(wǎng)絡(luò)中已知節(jié)點，獲得未知節(jié)點與三個或三個以上的錨節(jié)點的距離關(guān)系，通過數(shù)學(xué)關(guān)系計算出未知節(jié)點坐標。以下提出了兩種在復(fù)雜特殊情形及無測角天線的情況下無線電信源幾何定位算法。

關(guān)鍵詞：無線電信源；定位算法；三角形；自由損耗

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0269-03

1 無線電信源定位問題提出

無線傳感網(wǎng)絡(luò)中每個傳感器節(jié)點搜集到檢測的數(shù)據(jù)后，通過無線通信的方式發(fā)送給匯聚節(jié)點，最總傳給管理者。在處理數(shù)據(jù)的過程中，最重要的是我們要知道數(shù)據(jù)的來源，從而為用戶提供最有意義的數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點可以配備GPS定位系統(tǒng)來獲得自身的絕對位置，但是受體積、價格、能耗的影響，每個節(jié)點都使用GPS系統(tǒng)并不適合于無線傳感網(wǎng)絡(luò)。特別是在邊境地區(qū)無線電源定位中，準確的位置定位信息，較低的能量消耗，低成本，低復(fù)雜性以及定位系統(tǒng)綜合性能的協(xié)調(diào)處理是當前邊境地區(qū)無線電定位研究亟待解決的問題，且在無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位算法的研究中多數(shù)都是假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中幾個至幾十個錨節(jié)點，很少有針對網(wǎng)絡(luò)中極少的錨節(jié)點獲得更多位置已知的節(jié)點來研究。因此，在本文中，僅僅設(shè)置少量位置已知的錨節(jié)點，其他節(jié)點是通過已知節(jié)點的位置信息，基于一些定位算法來獲得自身位置坐標。要想確定未知節(jié)點的位置，依靠網(wǎng)絡(luò)中已知節(jié)點，獲得未知節(jié)點與三個或三個以上的錨節(jié)點的距離關(guān)系，通過數(shù)學(xué)關(guān)系計算出未知節(jié)點坐標。以下提出了兩種在復(fù)雜特殊情形及無測角天線的情況下無線電信源幾何定位算法。

2 任意三點共線無線電信源定位算法原理

錨節(jié)點數(shù)目是影響無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位精度的重要性能指標，錨節(jié)點可以通過兩種方式獲得：一是在建立網(wǎng)絡(luò)之初是設(shè)置一些預(yù)先知道自身位置的節(jié)點；另外一種是節(jié)點自身具有定位功能，如通過GPS或者其他的方式來確定自身的坐標。

假設(shè)只在未知信源的一側(cè)隨意布置兩個點A、B，通過GPS定位獲得A、B兩點的坐標，并在A、B兩點測得從P點發(fā)射過來的功率差。根據(jù)空間自由衰耗模型可以得到：，所以 ，對其兩邊取對數(shù)得：

若已知條件不變，即A、B兩點的坐標不變，且在A、B兩點分別接收到未知點P的功率差不變，即點P到A、B兩點的距離差不變，通過這兩個已知條件來判定未知信源點P的位置，即。

根據(jù)以上兩個已知條件，通過作圖，我們可以看出，P點的位置是不唯一的，且這些點分布在以此直線為軸心的柱面上，如圖1所示：

在上文中，根據(jù)兩個已知自身位置信息以及接受功率信息的錨節(jié)點來確定未知信源的位置的方法是不可行的，因為這樣求的P點坐標是不唯一的，我們將錨節(jié)點的數(shù)量增加為3個，且三個錨節(jié)點在同一條直線上，即任意三點共線算法。如圖2所示。

任意三點共線算法過程大體分為兩個步驟，首先是在未知無線電信源P的一側(cè)設(shè)置在同一直線上的三個錨節(jié)點A、B、C，求出P點與A、B、C三點的距離，其次根據(jù)三邊測量法求出P點的坐標（X，Y）。

任意一直線上設(shè)置三節(jié)點A、B、C，并在A、B、C點分別測得從未知節(jié)點P發(fā)射過來的功率，通過GPS定位獲得三點的坐標，。

根據(jù)以上條件我們可通過以下算法確定未知信源的位置。

1）計算未知節(jié)點與A、B、C三點的距離。

（1）根據(jù)電磁波在空間的傳播耗損原理，即可以推到出如下結(jié)果：

（2）根據(jù)坐標兩點間的距離公式得到A、B和B、C兩點之間的距離為：

3 任意三點不共線無線電信源定位算法原理

在上一章的定位算法中，三個錨節(jié)點是設(shè)置在同一直線上，但是在實際的無線電信源定位過程中，錨節(jié)點的設(shè)置會受到環(huán)境因素、人為因素等各方面的影響而不可能準確設(shè)置在同一條直線上，即三個錨節(jié)點隨意分布在未知信源P的一側(cè)。任意三點不共線算法過程同樣大體分為兩個步驟，首先是在未知無線電信源P的一側(cè)設(shè)置在同一直線上的三個錨節(jié)點A、B、C，求出P點與A、B、C三點的距離，其次根據(jù)三邊測量法求出P點的坐標（X，Y）。

在未知信源P點的一側(cè)隨意設(shè)置A、B、C兩個點，并在A、B兩點測得從未知節(jié)點發(fā)射過來的功率，且通過GPS定位獲得的A、B、C三點坐標為，，設(shè)點P到A、B兩點的距離為，根據(jù)以上條件我們可通過以下算法確定未知信源的位置P（X，Y）。如圖3所示。

計算未知節(jié)點與A、B、C三點的距離。

因此可求出三角形的兩邊及再根據(jù)式3-1、式3-2可求出另外一邊。

4 結(jié)束語

在分析無線電信源定位問題上，在特殊環(huán)境的情況下，沒有測角天線的情況下，運用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，根據(jù)《程形學(xué)體系系統(tǒng)理論》，提出了幾何定位算法解決了邊境地區(qū)無線電定位問題。

參考文獻

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