基于RSS的多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位算法

　　摘要：為節(jié)約成本、提高算法實(shí)用性和準(zhǔn)確性，提出一種新穎的基于RSS的多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位算法。通過一個(gè)移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)采集RSS信號(hào)及其相應(yīng)位置坐標(biāo)，構(gòu)成已知條件，結(jié)合高斯混合模型和貝葉斯信息準(zhǔn)則等統(tǒng)計(jì)模型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)高斯混合模型定位算法。仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)均表明該算法在不預(yù)先假設(shè)一定區(qū)域內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量的情況下，能夠同時(shí)估計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和位置，具有較好的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。

　　引言

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)，如何利用簡(jiǎn)單廉價(jià)的設(shè)備得到精確的定位結(jié)果一直是傳感器節(jié)點(diǎn)定位研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　在目前已有的定位算法中，基于RSS的節(jié)點(diǎn)定位算法與基于AOA、TOA或TDOA的節(jié)點(diǎn)定位算法相比，具有成本低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但定位精度不高^[1-2]。為此，研究人員利用統(tǒng)計(jì)模型提高定位算法的健壯性和精確度^[3-8]。另外，很多定位算法假設(shè)待估節(jié)點(diǎn)數(shù)量已知，或者假設(shè)RSS發(fā)射節(jié)點(diǎn)的ID可識(shí)別，但在大多數(shù)情況下，上述假設(shè)都是不可預(yù)知的，很難在實(shí)際環(huán)境中使用，因而算法實(shí)用性不強(qiáng)。

　　為節(jié)約成本，提高算法實(shí)用性和精度，本文提出一種新穎的基于RSS的定位算法——多目標(biāo)高斯混合模型定位算法(Multi-target Localization Based on Gaussian Mixture Model，MTL-GMM)，使用單一移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)^[8-9]采集信息，用最小化已知條件估算傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和位置信息。仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)均證明了本文提出算法的有效性和準(zhǔn)確性。

　　多目標(biāo)高斯混合模型

　　基本假設(shè)

　　MTL-GMM算法用一個(gè)移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(RSS-collector，RC)采集信息做為已知條件。RC在定位區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，采集周圍傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)射的RSS信號(hào)，并記錄收到每個(gè)RSS時(shí)

　　信號(hào)傳播模型

　　信號(hào)傳播的路徑損耗模型描述了RSS取值和信號(hào)傳播距離的關(guān)系，本文使用對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型[10]，如式(1)所示。

　　其中，r和t分別為接收和發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，單位為dB;d為信號(hào)收發(fā)節(jié)點(diǎn)間距離;l₀為在參考距離d₀處的路徑損耗;γ為與環(huán)境相關(guān)的路徑損耗指數(shù)，反應(yīng)路徑損耗隨距離增長(zhǎng)的速率; S為對(duì)數(shù)正態(tài)陰影。