一種無錨節點的協同定位算法
2023年電子技術應用第5期
張毅，袁玲
（重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶 400065）
摘要： 為了解決無錨節點協同定位過程中累積誤差的傳播問題，提出了一種基于mesh網絡改進的map-growing算法。該算法首先通過推導參考節點與待測節點的定位誤差估計值，提出了基于幾何的虛擬錨節點共線度表達式；再根據多條件約束確定了虛擬參考節點建立相對參考坐標系，并實現了最優節點集定位；最后引入節點不確定度實現節點升級策略，控制迭代定位過程中累積誤差的擴散。在不同節點分布場景下的仿真結果表明，所提算法有效的緩解了協同定位過程中的累積誤差，取得了較好的定位性能。
中圖分類號：TN98
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223680
中文引用格式： 張毅，袁玲. 一種無錨節點的協同定位算法[J]. 電子技術應用，2023，49(5)：77-81.
英文引用格式： Zhang Yi，Yuan Ling. A cooperative localization algorithm for anchor-free nodes[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(5)：77-81.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223680
中文引用格式： 張毅，袁玲. 一種無錨節點的協同定位算法[J]. 電子技術應用，2023，49(5)：77-81.
英文引用格式： Zhang Yi，Yuan Ling. A cooperative localization algorithm for anchor-free nodes[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(5)：77-81.
A cooperative localization algorithm for anchor-free nodes
Zhang Yi，Yuan Ling
(School of Communication and Information Engineering， Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065， China)
Abstract： In order to solve the problem of continuous error accumulation caused by propagation in the process of anchor-free cooperative localization, an improved map-growing algorithm based on mesh network is proposed. Firstly, the geometric collinearity formula of virtual anchor node is presented by deducing the estimation value of positioning error between reference nodes and node to be tested. Then, the virtual reference nodes are selected according to the multi-condition constraints to establish the relative reference coordinate system, and the optimal node set is used to complete the cooperative localization. Finally, the node uncertainty is introduced to accomplish the node upgrading strategy, which can curb the spread of cumulative error in the iterative positioning process. Simulation results in various node distribution scenarios show that the proposed algorithm effectively alleviates the accumulated errors in the collaborative positioning process and achieves good positioning performance.
Key words : anchor-free node；collaborative positioning；positioning algorithm；mesh network
0 引言
隨著物聯網各行業的快速發展，定位市場也呈現出了高速增長的趨勢。但由于無線定位環境的隨機性與不可靠性，往往會存在多徑效應、非視距誤差和錨節點數量不足等情況，導致定位誤差較大甚至是無法進行定位。與傳統定位不同，協同定位是基于mesh網絡節點間以動態和非分層的方式進行多對多數據傳輸的特點展開實現的，并且定位節點在完成自身定位后可以升級為錨節點去輔助鄰居節點定位。因此，協同定位的網絡部署靈活多變不受定位環境限制，可以在室內協同救援、兒童人員管理和資產定位管理等多方面得到實際應用。
但在協同定位過程中，虛擬錨節點的位置不確定性會導致定位誤差隨迭代次數的增加而不斷累積，從而產生了巨大的累積誤差。研究者對減輕累積誤差的方法展開了深入研究，文獻[3]提出了一種基于錨節點幾何特征的誤差控制機制來選擇參與定位的節點，并通過估計定位節點的置信度減少累積誤差的擴散。文獻[4]通過多次選擇鄰居錨節點實現三邊定位避免共線問題，并利用錨節點選擇策略對候選位置進行篩選實現了改進的三邊定位算法，仿真結果表明，對緩解誤差傳播取得了較好的效果。
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作者信息：
張毅，袁玲
（重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶 400065）
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