一種基于Mesh網(wǎng)絡(luò)的混合AOA/RSSI協(xié)作定位算法
2023年電子技術(shù)應(yīng)用第8期
張毅，王灝鈺
（重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065）
摘要： 傳統(tǒng)到達(dá)角度（Angle-Of-Arrival， AOA）/接受信號強(qiáng)度指示（Received Signal Strength Indicator， RSSI）混合定位往往需要多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)布設(shè)陣列天線以實(shí)現(xiàn)高精度定位，為解決在錨節(jié)點(diǎn)資源受限下精度較低的問題，提出了一種基于Mesh網(wǎng)絡(luò)的混合AOA/RSSI協(xié)作定位方法。僅有中心主錨節(jié)點(diǎn)提供AOA角度的情況下，采取最小二乘法對聯(lián)合真實(shí)和虛擬錨節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)角度和距離信息進(jìn)行初步定位；利用未知節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作通信和測距信息，位置估計(jì)問題被轉(zhuǎn)換為無約束非線性優(yōu)化問題，給予短距離鏈路更高權(quán)重，通過迭代求解最終實(shí)現(xiàn)協(xié)作定位。仿真結(jié)果表明，所提算法在錨節(jié)點(diǎn)資源受限情況下有效地提升了定位精度。
中圖分類號：TN98 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233844
中文引用格式： 張毅，王灝鈺. 一種基于Mesh網(wǎng)絡(luò)的混合AOA/RSSI協(xié)作定位算法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(8)：76-81.
英文引用格式： Zhang Yi，Wang Haoyu. A hybrid AOA/RSSI cooperative localization algorithm based on mesh networks[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(8)：76-81.
中文引用格式： 張毅，王灝鈺. 一種基于Mesh網(wǎng)絡(luò)的混合AOA/RSSI協(xié)作定位算法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(8)：76-81.
英文引用格式： Zhang Yi，Wang Haoyu. A hybrid AOA/RSSI cooperative localization algorithm based on mesh networks[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(8)：76-81.
A hybrid AOA/RSSI cooperative localization algorithm based on mesh networks
Zhang Yi，Wang Haoyu
(School of Communication and Information Engineering， Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065， China)
Abstract： Traditional hybrid Angle-Of-Arrival (AOA)/Received Signal Strength Indicator (RSSI) localization methods require all of the anchor nodes to be equipped with the large scale of antenna arrays to achieve high accuracy of localization. To solve the problem of low localization accuracy under the resource constraint of anchor nodes, a hybrid AOA/RSSI cooperation localization method based on mesh networks was proposed. With only one central anchor node providing AOA angle information, the angle and distance information of real and virtual anchor nodes was integrated to estimate the preliminary localization by using the least square method. Then, the cooperative communication and ranging information between unknown nodes was added to the overall localization process, and the localization estimation problem was converted into an unconstrained non-linear optimization problem, higher weights were given to the short-range links, and the cooperative localization was solved by iterative solving. Simulation results show that the proposed algorithm effectively improves the localization accuracy under the resource constraint of anchor nodes.
Key words : cooperative localization；AOA；RSSI；mesh networks；least square method；unconstrained non-linear optimization
0 引言
隨著基于位置服務(wù)需求量和市場規(guī)模的穩(wěn)態(tài)增長，在定位方案中追求精度和成本的平衡一直是無線定位技術(shù)的難點(diǎn)之一。位置感知網(wǎng)絡(luò)一般由錨節(jié)點(diǎn)（Anchor Nodes, AN）和未知節(jié)點(diǎn)（Unknown Nodes, UN）（也稱為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)）兩個(gè)部分組成，其中錨節(jié)點(diǎn)位置已知，利用錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)之間的測量信息，并結(jié)合先驗(yàn)知識實(shí)現(xiàn)位置估計(jì)。根據(jù)硬件設(shè)備的不同，獲取位置信息的物理測量方式有所差異。基于AOA的測向方式需要在錨節(jié)點(diǎn)處布設(shè)有向天線或陣列天線從而獲取角度信息；基于RSSI的測距方式實(shí)現(xiàn)較為簡單，無需節(jié)點(diǎn)之間嚴(yán)格的時(shí)鐘同步和額外硬件設(shè)備，利用路徑損耗模型和發(fā)射功率即可轉(zhuǎn)換為距離信息。聯(lián)合角度和距離信息能夠帶來更多觀測數(shù)據(jù)，因此混合AOA和RSSI的定位方法引起了廣泛的重視。
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作者信息：
張毅，王灝鈺
（重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065）
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