專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)戰(zhàn)場傷員定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)定位方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代戰(zhàn)爭是高技術(shù)條件的激烈軍事對抗，導(dǎo)致大批量傷員的產(chǎn)生，傷情復(fù)雜、嚴(yán)重。在野戰(zhàn)中能否實現(xiàn)傷員的快速定位，已成為傷員快速施救的關(guān)鍵。目前GPS(全球定位系統(tǒng))已被應(yīng)用于戰(zhàn)場傷員的搜救，但基于衛(wèi)星的全球?qū)Ш较到y(tǒng)，容易受到軌道誤差、電離層誤差、對流層誤差、多徑誤差、天線相位中心變化等多種因素的影響，同時作為一種“公開”導(dǎo)航系統(tǒng)，其接收信號容易受敵方阻塞式干擾和欺騙性控制，從而使其定位精度降低或產(chǎn)生誤導(dǎo)。因此，十分有必要發(fā)展新型的非衛(wèi)星依賴的傷員定位方法。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位是近年來出現(xiàn)的一種新的定位技術(shù)，已成功應(yīng)用于礦井礦工、病房患者位置定位，但傳統(tǒng)的無線傳感器定位技術(shù)往往需要錨點(diǎn)，這在戰(zhàn)場環(huán)境往往無法實現(xiàn)。公開號為CN1988550A的中國發(fā)明專利公開說明書中公開了一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)分布式節(jié)點(diǎn)定位方法，但該方法需要從全網(wǎng)最小ID編號的節(jié)點(diǎn)出發(fā)，這對于戰(zhàn)場環(huán)境下士兵節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分配并不適應(yīng)。該方法中虛擬錨點(diǎn)逐漸增廣到全網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)， 增加了遍歷時間，不適合快速反應(yīng)的部隊作戰(zhàn)。另外該算法僅限于定位區(qū)域較小和士兵節(jié)點(diǎn)較多的情況，有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)戰(zhàn)場傷員定位方法，能對戰(zhàn)場傷員位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，不借助GPS，也不使用錨點(diǎn)，適于戰(zhàn)場實現(xiàn)。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)戰(zhàn)場傷員定位方法，包括如下步驟1)戰(zhàn)場上的士兵和救護(hù)人員均隨身攜帶傳感器，將各節(jié)點(diǎn)分別標(biāo)記唯一的ID，并以自組織方式組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；2)節(jié)點(diǎn)之間實時發(fā)送自身數(shù)據(jù)信息和接收鄰居節(jié)點(diǎn)的RSSI數(shù)據(jù)；3)救護(hù)人員節(jié)點(diǎn)終端接收士兵節(jié)點(diǎn)RSSI數(shù)據(jù)，并判斷和匯總接收信號的存在信息，生成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通關(guān)系圖；4)救護(hù)人員節(jié)點(diǎn)匯總RSSI數(shù)據(jù)，計算各節(jié)點(diǎn)的相對坐標(biāo)；5)當(dāng)有傷員呼救時，救護(hù)人員根據(jù)其ID確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傷員的位置。進(jìn)一步，步驟42)中，通過下式計算每一節(jié)點(diǎn)對的兩個節(jié)點(diǎn)之間的測量距離
Pt (Pr{d)(PL{d0))Xa d 《10 ^ ；
其中PJd)單位為dBm，表示距離發(fā)射點(diǎn)d處士兵節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)信號強(qiáng)度；Pt表示該士兵節(jié)點(diǎn)發(fā)射信息的功率；PL(Clci)表示士兵節(jié)點(diǎn)收到在參考距離Cltl處發(fā)送數(shù)據(jù)信號的強(qiáng)度；n表示路徑衰減因子；X。表示均值為0，方差為σ 2的高斯隨機(jī)變量。進(jìn)一步，步驟42)中，通過下式計算節(jié)點(diǎn)兩跳內(nèi)最短路徑距離Uij
權(quán)利要求
1.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)戰(zhàn)場傷員定位方法，其特征在于包括如下步驟1)戰(zhàn)場上的士兵和救護(hù)人員均隨身攜帶傳感器，將各節(jié)點(diǎn)分別標(biāo)記唯一的ID，并以自組織方式組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；2)節(jié)點(diǎn)之間實時發(fā)送自身數(shù)據(jù)信息和接收鄰居節(jié)點(diǎn)的RSSI數(shù)據(jù)；3)救護(hù)人員節(jié)點(diǎn)終端接收士兵節(jié)點(diǎn)RSSI數(shù)據(jù)，并判斷和匯總接收信號的存在信息，生成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通關(guān)系圖；4)救護(hù)人員節(jié)點(diǎn)匯總網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)RSSI數(shù)據(jù)，計算各節(jié)點(diǎn)的相對坐標(biāo)；5)當(dāng)有傷員呼救時，救護(hù)人員根據(jù)其ID確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傷員的位置，并予以施救。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)戰(zhàn)場傷員定位方法，其特征在于步驟4)中，計算各節(jié)點(diǎn)之間的距離，然后計算各節(jié)點(diǎn)的相對坐標(biāo)的具體步驟如下41)將各士兵節(jié)點(diǎn)所圍圖形的質(zhì)心平移到坐標(biāo)原點(diǎn)；42)計算任意兩個節(jié)點(diǎn)之間的測量距離d'u與節(jié)點(diǎn)兩跳內(nèi)最短路徑距離Uij,得到最短路徑矩陣U ；43)將最短路徑矩陣U中各元素Uij平方得到矩陣U2；44)將矩陣U2雙中心化得矩陣B；45)奇異值分解矩陣B，得到相對坐標(biāo)矩陣X；46)提取最大的兩個特征值所對應(yīng)的特征向量，該特征向量所構(gòu)成的矩陣即為士兵節(jié)點(diǎn)的二維相對坐標(biāo)矩陣)(2。
3.如權(quán)利要求2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)戰(zhàn)場傷員定位方法，其特征在于步驟42)中，通過下式計算每一節(jié)點(diǎn)對的兩個節(jié)點(diǎn)之間的測量距離PT-Pr(d)-PL{d0)+Xa4 =^o10 ^ ；其中PJd)單位為cffim，表示距離發(fā)射點(diǎn)d處士兵節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)信號強(qiáng)度；Pt表示該士兵節(jié)點(diǎn)發(fā)射信息的功率；PL(Clci)表示士兵節(jié)點(diǎn)收到在參考距離Cltl處發(fā)送數(shù)據(jù)信號的強(qiáng)度；Π表示路徑衰減因子；X。表示均值為0，方差為σ 2的高斯隨機(jī)變量。
4.如權(quán)利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)戰(zhàn)場傷員定位方法，其特征在于步驟42)中，通過下式計算節(jié)點(diǎn)兩跳內(nèi)最短路徑距離Uij Uij = min(d' ik+d' kJ)表示節(jié)點(diǎn)i、j之間的最小路徑距離。d' ik表示i、k之間的測量距離；d' kj表示 k、j之間的測量距離。
5.如權(quán)利要求4所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)戰(zhàn)場傷員定位方法，其特征在于步驟44)中采用如下方法將矩陣U2雙中心化得B，令J = E-l/nI，E為單位矩陣，I為1 矩陣，在最小二乘法原則下，通過下式獲得矩陣B --JU2J=-J(IB)J=X Xt =B。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無錨點(diǎn)戰(zhàn)場傷員定位方法，包括如下步驟1)戰(zhàn)場上的士兵和救護(hù)人員均隨身攜帶傳感器，將各節(jié)點(diǎn)分別標(biāo)記唯一的ID，并以自組織方式組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；2)節(jié)點(diǎn)之間實時發(fā)送自身數(shù)據(jù)信息和接收鄰居節(jié)點(diǎn)的RSSI數(shù)據(jù)；3)救護(hù)人員節(jié)點(diǎn)終端接收士兵節(jié)點(diǎn)RSSI數(shù)據(jù)，并判斷和匯總接收信號的存在信息，生成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通關(guān)系圖；4)救護(hù)人員節(jié)點(diǎn)匯總RSSI數(shù)據(jù)，計算各節(jié)點(diǎn)的相對坐標(biāo)；5)當(dāng)有傷員呼救時，救護(hù)人員根據(jù)其ID確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傷員的位置。本發(fā)明的方法能對戰(zhàn)場傷員位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，不借助GPS，也不使用錨點(diǎn)，適于戰(zhàn)場實現(xiàn)。
文檔編號H04W4/02GK102291672SQ20111019181
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者馮正權(quán), 吳寶明, 王圣超, 閆慶廣, 高丹丹 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院