基于RSS的多目標節點(diǎn)定位算法

　　摘要：為節約成本、提高算法實(shí)用性和準確性，提出一種新穎的基于RSS的多目標節點(diǎn)定位算法。通過(guò)一個(gè)移動(dòng)信標節點(diǎn)采集RSS信號及其相應位置坐標，構成已知條件，結合高斯混合模型和貝葉斯信息準則等統計模型設計實(shí)現多目標高斯混合模型定位算法。仿真實(shí)驗和實(shí)測實(shí)驗均表明該算法在不預先假設一定區域內傳感器節點(diǎn)數量的情況下，能夠同時(shí)估計傳感器節點(diǎn)的數量和位置，具有較好的實(shí)用性和準確性。

　　引言

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(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)的設備得到精確的定位結果一直是傳感器節點(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的節點(diǎn)定位算法與基于A(yíng)OA、TOA或TDOA的節點(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，研究人員利用統計模型提高定位算法的健壯性和精確度^[3-8]。另外，很多定位算法假設待估節點(diǎn)數量已知，或者假設RSS發(fā)射節點(diǎn)的ID可識別，但在大多數情況下，上述假設都是不可預知的，很難在實(shí)際環(huán)境中使用，因而算法實(shí)用性不強。

　　為節約成本，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)信標節點(diǎn)^[8-9]采集信息，用最小化已知條件估算傳感器節點(diǎn)的數量和位置信息。仿真實(shí)驗和實(shí)測實(shí)驗均證明了本文提出算法的有效性和準確性。

　　多目標高斯混合模型

　　基本假設

　　MTL-GMM算法用一個(gè)移動(dòng)信標節點(diǎn)(RSS-collector，RC)采集信息做為已知條件。RC在定位區域內移動(dòng)，采集周?chē)鷤鞲衅鞴濣c(diǎn)發(fā)射的RSS信號，并記錄收到每個(gè)RSS時(shí)

　　信號傳播模型

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

　　其中，r和t分別為接收和發(fā)射信號強度，單位為dB;d為信號收發(fā)節點(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，反應路徑損耗隨距離增長(cháng)的速率; S為對數正態(tài)陰影。