一种基于共轭梯度与模拟原子跃迁的室内定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线传感器网络领域，尤其设及一种无线传感器网络节点室内定位方 法。
【背景技术】
[0002] 由于无线室内定位技术在病人监护、人员管理、商场导购等领域有着广阔的运用 前景，无线室内定位技术成为人们研究的热点。在目前的无线室内定位方法中，大部分属于 串行计算，迭代优化单个解，会存在优化过程长，效率低等缺点，而且在无线传感器网络中 节点个数很多的情况下，该种串行的定位方法显得效率更低。
【发明内容】
[0003] 为了解决常见串行定位方法产生的迭代过程长、效率低的问题，本发明提供了一 种基于共辆梯度与模拟原子跃迁的无线室内定位方法，在保证定位精度的前提下，减少定 位时间，显著提高了定位效率。
[0004] 本发明提供的一种基于共辆梯度与模拟原子跃迁的无线室内定位方法，是由共辆 梯度方法和模拟原子跃迁的融合改进定位方法。其步骤包括：
[0005] (1)在由邻近信标节点围成的可行域范围内，随机选取N个坐标作为此未知节点 的初始估计坐标群体；
[0006] (2)将群体中的每一个初始估计坐标作为局部初始点，根据目标函数用共辆梯度 方法求出目标函数的局部最优值，及对应的局部最优化坐标点，来判断局部最优值是否满 足截止条件，若满足，则将对应的局部最优坐标点作为未知节点的全局最优坐标点，定位过 程结束；
[0007] (3)对并行计算得到的N个目标函数的局部最优值，进行模拟原子跃迁，W跳出步 骤（2)局部最优化的束缚W找到全局最优坐标点，若达到最大迭代次数则结束定位过程； [000引 （4)对跃迁后的N个局部最优化坐标群体进行"轰击"，产生新的初始估计坐标群 体，转到步骤（2)。
[0009] 所述的步骤（1)中未知节点周围的邻近信标节点至少有3个。
[0010] 所述的步骤（2)中的目标函数定义如下：
[0011]
【主权项】
1. 一种基于共轭梯度与模拟原子跃迀的无线室内定位方法，其特征在于，所述方法是 基于共轭梯度和模拟原子跃迀融合的室内定位方法。
2. 根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 在由邻近信标节点围成的可行域范围内，随机选取N个坐标作为此未知节点的初 始估计坐标群体； (2) 将群体中的每一个初始估计坐标作为局部初始点，根据目标函数用共轭梯度方法 求出目标函数的局部最优值以及局部最优化坐标点，判断局部最优值是否满足截止条件， 若满足，则将对应的局部最优坐标点作为未知节点的全局最优坐标点，定位结束； (3) 根据并行计算得到的N个目标函数的局部最优值，进行模拟原子跃迀，以跳出局部 最优化的束缚以找到全局最优坐标点，当达到最大迭代次数，返回当前最优坐标点作为未 知节点的位置坐标，定位结束； (4) 对跃迀后的N个局部最优化坐标群体经行"轰击"，产生新的初始估计坐标群体，转 到步骤⑵。
3. 根据权利要求1-2所述的室内定位方法，其特征在于，所述的未知节点的邻近信标 节点至少有3个。
4. 根据权利要求1-2所述的室内定位方法，其特征在于，所述的定位截止条件是设定 一个阈值P或者迭代次数Kmax。
5. 根据权利要求1-2所述的一室内定位方法，其特征在于，所述的目标函数如下： 式中，（xmi，ymi)是未知节点的第
i个邻近信标节点的坐标，A是未知节点到第i个信 标节点的测量距离，m为邻近信标节点的个数。
6. 根据权利要求1-3所述的室内定位方法，其特征在于，所述的共轭梯度方法是一种 常用的快速求局部最优化问题的线性迭代算法，其求解过程如下： ⑴选取初始点XkGRn，令k= 1 ; ⑵计算梯度￥/(1&) 若▽/(弋）=〇则停止；否则，计算搜索方向 ，，
!得^f(Xk)Tdk< 0,其中参i (3)令Xk+1=Xk+入kdk，k=k+1，其中步长人k〇k> 0)通过aw、.」,、」专 步骤（2)。
7. 根据权利要求1-6所述的室内定位方法，其特征在于，所得到的N个目标函数的局部 最优函数值是一系列分立的、离散的数值。
8. 根据权利要求1-7所述的室内定位方法，其特征在于，所述的模拟原子跃迀方法服 从Boltzmann概率分布： (2) 式中，k为Boltzmann常数，T为体系的绝对温度。
9. 根据权利要求1-8所述的室内定位方法，其特征在于，所述的模拟原子跃迀方法的 过程如下： (1) 在得到的N个局部最优坐标群体中，选择一个nf作为未知节点的全局最优坐标点， 其对应的目标函数值为局部最优函数值为F(n〇 ; (2) 随机选择另一个局部最优坐标n%其对应的局部最优函数值为F(r〇 ; (3) 比较F(V)与F(V)的大小，若F(V) <F(V)，则nf能跃迀到n%且设n#为未知节 点的全局最优坐标点；否则计算它们的Boltzmann概率：p=expl-HFO^-FOiOVkT}，并 随机产生一个概率(0 < 1)，如果p>P!?，则m""能跃迀到n%并且nf仍为未知节点的 全局最优坐标点；反之，P<PJW不能跃迀。
10. 根据权利要求1-9所述的室内定位方法，其特征在于，所述的"轰击"表示的是对跃 迀后的局部最优化坐标群体进行一个随机扰动：
(3) 式中，Xk+1为得到的新的初始估计坐标群体，If为第k次的局部最优坐标，SX为随机 数。
【专利摘要】本发明公开了一种基于共轭梯度与模拟原子跃迁的无线室内定位方法，所述室内定位方法，包括以下步骤：(1)在由邻近信标节点围成的可行域范围内，随机选取N个坐标点作为未知节点的初始估计坐标群体；(2)将群体中每个初始估计坐标作为局部初始点，根据目标函数用共轭梯度方法并行地计算出目标函数的局部最优值，及对应的局部最优坐标点，判断局部最优值是否满足截止条件，若满足，则将对应的坐标作为未知节点的全局最优坐标，定位结束；(3)对并行计算得到的N个目标函数局部最优值，进行模拟原子跃迁，跳出步骤(2)局部优化束缚以找到全局最优坐标点；(4)对前一次得到N个局部最优化坐标点进行“轰击”，产生新的局部估计坐标群体，转到(2)。所述的方法能解决串行定位方法迭代时间长的缺点，有效的提高定位效率。
【IPC分类】H04W84-18, H04W64-00
【公开号】CN104619015
【申请号】CN201510012060
【发明人】唐承佩, 张明, 李海良, 刘友柠
【申请人】中山大学, 中山大学深圳研究院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月9日