本发明涉及高精度的距离估计和定位技术。
背景技术：
在实际无线通信环境中，由于环境噪声和测量误差等不良因素的影响，引起距离估计结果具有较大的误差，导致三边测量定位结果误差较大。针对该问题，本发明对锚节点冗余定位环境下，评估各个锚节点到未知节点间通信距离估计的统计均值及统计标准差的乘积值，并采用冒泡排序方法优化选择定位方程组构造过程中所需的距离估计值和锚节点，实现减小距离估计误差对定位结果的影响，从而改善三边测量定位精度的目的。
技术实现要素：
本发明的目的是为了有效解决通信距离估计误差导致三边测量定位精度较低的问题，提供一种基于最小误差传播和优化选择的三边测量定位方法。
本发明所述的基于最小误差传播和优化选择的三边测量定位方法，包括以下步骤：
步骤一、部署i+1个无线传感器节点，分别为i个定位的锚节点和1个未知节点，所述锚节点具有nanoloc无线射频收发器；其中，i为大于等于4的正整数；
步骤二、将各个无线传感器节点进行初始化，未知节点首先建立无线网络，并等待其它节点申请加入网络；
步骤三、i个锚节点分别扫描未知节点建立的无线网络，并发送网络加入请求数据包，申请加入该无线网络，如果加入网络成功，则执行步骤四，否则，执行步骤三；
步骤四、初始化变量i为1，i为正整数，且1≤i≤i；
步骤五、未知节点通过其无线射频收发器向第i个锚节点发送定位请求数据包，第i个锚节点收到定位请求数据包后，采用距离估计算法与未知节点进行多次距离估测，获得第i个锚节点与未知节点间距离多次测量值，并进行统计计算，将测量值的统计均值作为距离估计结果di_u，将测量值的统计标准差作为距离估计结果的不确定度di_σ，其中i为正整数，且1≤i≤i；
步骤六、i＝i+1，判断i的值是否大于i，若是，则执行步骤七，否则，执行步骤五；
步骤七、根据未知节点与i个锚节点间的距离估计结果{d1_u,d2_u,d3_u，…，di_u，…，di_u}，以及它们对应的不确定度{d1_σ,d2_σ,d3_σ，…，di_σ，…，di_σ}获得误差传播序列q＝{d1_σ*d1_u,d2_σ*d2_u,d3_σ*d3_u，…，di_σ*di_u，…，di_σ*di_u}；
步骤八、对误差传播序列q进行排序，在排序后的误差传播序列中选择最小的三个误差传播序列值，并将其对应的三个距离估计结果以及三个距离估计结果对应的三个锚节点坐标作为优化选择的距离估计值和锚节点信息；
步骤九、根据最小二乘准则及三边测量定位算法，结合三个距离估计结果以及对应的三个锚节点坐标的坐标信息，计算未知节点的坐标。
其中，步骤一中，4≤i≤12。
其中，步骤一中，i取值为12。
其中，步骤五中多次距离估测的次数为30～150。
其中，步骤五中多次距离估测的次数为150。
其中，所述步骤八中对误差传播序列q进行排序的方式为冒泡排序。
其中，所述步骤五中的距离估计算法为sds-twr、rssi、toa、tdoa或aoa。
其中，步骤九中的计算公式为：
其中，
式中，(x，y)为未知节点的坐标，{d′1_u,d′2_u,d′3_u}为最小的三个误差传播序列值对应的三个距离估计结果，{(x′1，y′1)，(x′2，y′2)，(x′3，y′3)}为三个距离估计结果对应的三个锚节点坐标的坐标信息。
本发明与背景技术相比优点为：
1、本发明采用冒泡排序法优化选择的方法，能够在距离估计及其标准差乘积值的序列中选择出最小的三个，为锚节点的优化选择提供支持；
2、本发明采用基于最小误差传播和冒泡排序法优化选择，可以减小距离估计误差对三边测量定位的影响，实现高精度的三边测量定位。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于最小误差传播和优化选择的三边测量定位方法，包括以下步骤：
步骤一、步数i+1个无线传感器节点，分别为i个定位的锚节点和1个未知节点，它们都具有nanoloc无线射频收发器，并可以采用双边对等方法测量得到任意两个节点间的距离估计值，其中，i为用户设定的正整数，且4≤i≤12，本发明中i取值为12；
步骤二、将各个无线传感器节点进行初始化，未知节点首先建立无线网络，并等待其它节点申请加入网络；
步骤三、i个锚节点初始化成功后，分别采用nanoloc无线射频收发器扫描发现未知节点建立的无线网络，并通过nanoloc无线射频收发器发送网络加入请求数据包，申请加入该无线网络，如果加入网络成功，则执行步骤四，否则，执行步骤三；
步骤四、初始化变量i为1，i为正整数，且1≤i≤i；
步骤五、未知节点通过其无线射频收发器向第i个锚节点发送定位请求数据包，第i个锚节点收到定位请求数据包后，采用双边对等测距方法，通过与未知节点间的4j次数据包交互，获得第i个锚节点与未知节点间的距离di的j次测量值：{di1,di2,di3,…,dij,…,dij}，并进行统计计算，将测量值的统计均值di_u作为距离di估计结果，将测量值的统计标准差di_σ作为距离di估计结果的不确定性，i＝i+1，其中i为正整数，且1≤i≤i，i的初始值为1，j为正整数，且1≤j≤j，j为用户设定的正整数，且30≤j≤150，本发明中，j取值为150；
步骤六、判断i的值是否大于i，若是，则执行步骤七，否则，执行步骤五；
步骤七、根据未知节点与i个锚节点间的距离估计结果{d1_u,d2_u,d3_u，…，di_u，…，di_u}，以及它们对应的不确定度{d1_σ,d2_σ,d3_σ，…，di_σ，…，di_σ}，获得误差传播序列q＝{d1_σ*d1_u,d2_σ*d2_u,d3_σ*d3_u，…，di_σ*di_u，…，di_σ*di_u}；
步骤八、采用冒泡法对误差传播序列q进行排序，并选择最小的三个误差传播序列值{d′1_σ*d′1_u,d′2_σ*d′2_u,d′3_σ*d′3_u}，并将其对应的距离估计结果{d′1_u,d′2_u,d′3_u}，以及距离估计结果对应的三个锚节点坐标(x′1，y′1)，(x′2，y′2)，(x′3，y′3)作为优化选择的距离估计值和锚节点信息；
步骤九、根据最小二乘准则，结合距离估计结果{d′1_u,d′2_u,d′3_u}，以及对应的三个锚节点坐标的坐标信息{(x′1，y′1)，(x′2，y′2)，(x′3，y′3)}，未知节点的坐标(x，y)按公式(1)进行计算：
其中
步骤十、系统判断定位计算任务是否完成，如果是，执行步骤十一，否则，在下一个定位点上，执行步骤四；
步骤十一、结束。
本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于最小误差传播和优化选择的三边测量定位方法作进一步说明，本实施方式中，采用冒泡排序法优化选择的方法，能够在距离估计及其标准差乘积值的序列中选择出最小的三个，为锚节点的优化选择提供支持。
本实施方式中，采用基于最小误差传播和冒泡排序法优化选择，减小距离估计误差对三边测量定位的影响，实现高精度的三边测量定位。
本实施方式中，采用的距离估计方法也可以采用基于rssi、toa、tdoa和aoa等其它距离估计方法。
本实施方式中，所采用的定位方法对于改善三维情况下的三边测量定位方法同样有效。