一種用于網絡的空間多傳感器快速定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及目標檢測技術領域，尤其涉及一種用于網絡的空間多傳感器快速定位方法。
【背景技術】
[0002]多傳感器網絡，是指按一定覆蓋率要求，由部署在某一特定區域的多個傳感器稱為網絡節點組成的網絡系統。隨著無線移動通訊和移動終端技術的迅速發展，多傳感器網絡在民用領域掀起了研究的熱潮。
[0003]應用于目標定位的多傳感器網絡的工作原理是，充分利用多個平臺上的傳感器資源，對多個平臺觀測到的信息數據進行融合，去除多余的信息，獲取對被測目標的一致性認識。依據感知信息的方式不同，實現目標定位的主要手段有測距定位、測向定位、時差定位、頻差定位等。目前，時差定位、頻差定位實現起來成本高且存在技術難題，在一些實際工程應用中尚受到限制，而測向定位方法存在算法復雜度高、精度低、定位精度對方向測量誤差過于敏感等問題，因此測距定位成為多傳感器目標定位的常用手段。
[0004]理論上，利用距離信息進行定位，若要定位空間目標則需要4個不共面傳感器節點，以這四個節點為球心，所測距離為半徑的四個球面的交點，即為目標位置。但實際情況下，由于系統設備和環境干擾等因素的影響，使得測距數據產生誤差，導致球面交點無解，影響定位精度。為提高定位精度，通常采用增加探測節點數量(提高網絡的覆蓋率)的方法，但探測節點數量增多會增大硬件成本和定位算法的時間復雜度，不利用實際工程應用。

【發明內容】

[0005]為克服現有技術的不足，本發明提供一種用于網絡的空間多傳感器快速定位方法。本發明計算簡單，精度高，可以應用于各類基于距離的傳感器裝置，完成空間目標的快速精確定位。
[0006]為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案:
一種用于網絡的空間多傳感器快速定位方法，根據多傳感器網絡中各探測節點的坐標位置及測距結果，選取能覆蓋所有目標點位置的最小立方體區域，并進行柵格化；并將每個柵格中心點作為待選目標點，通過約束規則選取合適的待選目標點作為初始目標概位點，并以該點為中心點坐標，重新選取立方體覆蓋區，迭代計算目標概位點坐標，直到立方體覆蓋區的邊長符合精度要求，此時得到的目標概位點即為目標位置，其步驟如下:
步驟一:根據已知探測節點位置，選取立方體覆蓋區；
設有η個已知傳感器探測節點，已獲得η個探測節點位置和對目標點的測距結果，每個探測節點對應的可能目標位置是以此節點為中心，以到目標的測距結果為半徑的球面上；選取最小的立方體覆蓋區，以覆蓋所有的可能目標點位置；
實現方法為:設η個已知傳感器探測節點的位置坐標分別為D1Udl^dl, zdl) (i=l，2…n)，探測節點對目標點的測距結果為Cl1 (?=1，2...η)，則xmax=max (Xd^d1, xd2+d2, xd3+d3,…xdn+dn)
Xmin—min (Xdfd1, xd2_d2, xd3_d3,."Xdr^dn)
Ymax=Hiax (Ydi+di, yd2+d2, yd3+d3,...ydn+dn)
Ymm=Hiin Cydl-Cl1, yd2-d2, yd3-d3,...ydn_dn) z_=max CzdlH^ zd2+d2, zd3+d3,...zdn+dn)
Zmin=Kiin (Zdl-Cl1, zd2-d2，zd3-d3，…zdn_dn)
然后求出立方體覆蓋區的邊長為:
L Π1￡ΙΧ ( Xmax Xmin，Y max Ymin，Zmax Zmin)
以L為邊長，建立一個以(χ_，ynax，znax)為頂點，向(x_，y_，z_)方向延伸的立方體覆蓋區域；
步驟二:柵格化立方體覆蓋區，若立方體覆蓋區邊長為L，立方體邊長等分值取值為a，則立方體覆蓋區可柵格化為m個小立方體，其中m=a3，每個小立方體邊長為L/a。以每個小立方體的中心點作為待選目標點Tj (j=l, 2…m);
步驟三:獲取初始目標概位點，計算每個待選目標點與所有探測節點間的距離，選取待選目標點與探測節點間距離和探測節點已測目標距離的差的平方和最小的待選目標點作為初始目標概位點；
待選目標點T, (j=l, 2...πι)與探測節點間距離和探測節點已測目標距離的差的平方和為:
Rsq]為第j個待選目標點與探測節點間距離和探測節點已獲取目標距離的差的平方和；
Cl1為第i個探測節點獲取的目標距離；
Ru為第j個待選目標點到第i個探測節點的距離；
取(Rsql，Rsq2中最小值時的待選目標點作為初始目標概位點，若目標概位點與真實目標點完全重合，目標概位點到探測節點的距離與真實目標點到探測節點的距離應相等，即Rsq=O ;因此，在立方體內獲取的目標概位點的Rsq應為最小，并無限逼近O ;
步驟四:以步驟三中獲取的初始目標概位點為中心，將立方體邊長減半，重新劃定立方體覆蓋區域，重復步驟二、三、四，迭代計算目標概位點位置，直到立方體覆蓋區的邊長符合精度要求，此時的目標概位點坐標即為目標點空間定位坐標。
[0007]由于采用如上所述的技術方案，本發明具有如下優越性:
本發明是根據多傳感器網絡中各探測節點的坐標位置及測距結果，選取能覆蓋所有目標點位置的最小立方體區域，并進行柵格化；并將每個柵格中心點作為待選目標點，通過約束規則選取合適的待選目標點作為初始目標概位點，并以該點為中心點坐標，重新選取立方體覆蓋區，迭代計算目標概位點坐標，直到立方體覆蓋區的邊長符合精度要求，此時得到的目標概位點即為目標位置。
[0008]本發明是計算簡單，精度高，可以應用于各類基于距離的傳感器裝置，完成空間目標的快速精確定位。
【附圖說明】
[0009]圖1所示是立方體覆蓋區選取示意圖。
[0010]圖2和圖3分別為圖1在xy，xz方向的俯視圖。
[0011]圖4所示是邊長等分值為2時的立方體覆蓋區柵格化示例。
[0012]圖5是一種用于網絡的空間多傳感器快速定位方法流程圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1、2、3、4、5所示，一種用于網絡的空間多傳感器快速定位方法，根據多傳感器網絡中各探測節點的坐標位置及測距結果，選取能覆蓋所有目標點位置的最小立方體區域，并進行柵格化；并將每個柵格中心點作為待選目標點，通過約束規則選取合適的待選目標點作為初始目標概位點，并以該點為中心點坐標，重新選取立方體覆蓋區，迭代計算目標概位點坐標，直到立方體覆蓋區的邊長符合精度要求，此時得到的目標概位點即為目標位置。
[0014]圖1所示是立方體覆蓋區選取示意圖，假設有四個探測節點，分別為D1Udl, ydl, zdl)、D2 (xd2, yd2, zd2)、D3 (xd3, yd3, zd3)、D4(xd4, yd4, zd4)，探測節點各自獲取的目標距離為山、d2、d3、d4。圖中所示以山、d2、d3、d4為半徑的四個球面即為各探測節點對應的可能目標位置。立方體覆蓋區為覆蓋這四個球面的最小立方體區域，它以(x_，ymax，zmax)為頂點，向(Xmin，ymin，zmin)延伸，邊長為L。
[0015]圖2和圖3分別為圖1在xy，XZ方向的俯視圖，由圖可看出，Xmax= xd3+d3，Xmin=xdi— dj, ymax— Ydi+ c^ymin- Yd3—d3, zmin— zd2+d2，zmin- zd3_d3。立方體覆蓋區的邊長為:L—max
(Xm ax Xmin ? ?max ?min ?