一种无线传感器网络精确定位系统及方法

1.一种无线传感器网络精确定位系统，其特征在于，所述系统包括：
一个或多个被定位目标，所述定位目标包含一识别卡，用于与一个或多个的设置于无线读卡基站内无线读卡器进行信息的交互，采用双边双向测距算法SDS-TWR测量各自相对于各无线读卡器的相对距离，具体包括：
识别卡向无线读卡器发送初次测距数据包，若无线读卡器正确接收了这个数据包，则返回硬件应答给用户识别卡，并请求产生传输延时T1；
识别卡计算传输延时T1，同时将这个数据发送给无线读卡器，并且等待无线读卡器的硬件应答；
无线读卡器读取识别卡发来的相关参数，并为识别卡和无线读卡器第二次测距准备；
无线读卡器通过计算得到处理延时T2，并将T2发送给识别卡；
识别卡接收无线读卡器的测距数据包，自动发送硬件应答给无线读卡器，无线读卡器将依据所述硬件应答计算出传播延时T3；
无线读卡器计算传播延时T3，并将T3发送给识别卡，并等待识别卡的硬件应答；
识别卡读取无线读卡器发送的T3，并计算出处理延时T4；
识别卡根据T1，T2，T3，T4计算出识别卡和无线读卡器的相对距离；
若两个所述无线读卡基站之间包括至少两个识别卡时，则所述定位系统将其中至少一个识别卡作为基站处理，利用半正定规划算法定位出位置；
服务器，用于根据上述相对距离，采用半定规划算法计算确定各识别卡的坐标位置，得到识别卡卡相对无线读卡基站的精确位置坐标，具体包括：
测量移动的识别卡与可通信的移动识别卡或固定无线读卡器之间的成对距离；
利用已知的无线读卡器或识别卡位置和测量得到的结点之间的成对距离来计算网络所有其他识别卡的位置；
所述利用已知的无线读卡器或识别卡位置和测量得到的结点之间的成对距离来计算网络所有其他识别卡的位置具体包括：
设移动节点即识别卡集合为N和固定节点即识别卡或无线读卡器的集合为A，其中固定节点的位置{ak；k∈A}给定，移动节点的位置{xi；i∈N}未知，根据测量得到的成对距离，通过以下公式测定：
其中Ea和En分别是移动节点和固定节点之间、及移动节点和移动节点之间已有测量距离的集合；
T
令X为属于N的所有位置向量xi；i∈N作为行向量的矩阵以及Y＝X X,Z＝[I,X；
T
X,Y],记ei为第i个分量为1，其余分量为0的列向量，则(5)和(6)两式等价于T T
并将Y＝XX松弛为Y≥XX；或者等价地，
Z≥0，即Z半正定。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述识别卡具体包括：
电源管理部分，用来进行充电管理和/或电源安全管理；
射频控制部分，包括输出匹配电路、功率监测、运放比较电路、接收电路，用来向无线读卡器发送测距数据包和接收来自读卡器的数据包以测定与无线读卡器的距离；
处理器单元，用来配合射频控制部分进行测距、发送/接收无线数据。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接收电路包括天线开关、滤波器，所述天线开关用来控制双天线。
4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述识别卡还包括节电管理模块，用来根据识别卡和无线读卡器之间的信号强弱，自动调节用户识别卡的发射功率，实现节电管理。
5.一种无线传感器网络精确定位方法，其特征在于，所述方法包括：
被定位识别卡与一个或多个的设置于无线读卡基站内无线读卡器进行信息的交互，并采用双边双向测距算法SDS-TWR测量各自相对于各无线读卡器的相对距离；
所述采用双边双向测距算法SDS-TWR测量各自相对于各无线读卡器的相对距离具体包括：
识别卡向无线读卡器发送初次测距数据包，若无线读卡器正确接收了这个数据包，则返回硬件应答给用户识别卡，并请求产生传输延时T1；
识别卡计算传输延时T1，同时将这个数据发送给无线读卡器，并且等待无线读卡器的硬件应答；
无线读卡器读取识别卡发来的相关参数，并为识别卡和无线读卡器第二次测距准备；
无线读卡器通过计算得到处理延时T2，并将T2发送给识别卡；
识别卡接收无线读卡器的测距数据包，自动发送硬件应答给无线读卡器，无线读卡器将依据所述硬件应答计算出传播延时T3；
无线读卡器计算传播延时T3，并将T3发送给识别卡，并等待识别卡的硬件应答；
识别卡读取无线读卡器发送的T3，并计算出处理延时T4；
识别卡根据T1，T2，T3，T4计算出识别卡和无线读卡器的相对距离；
若两个所述无线读卡基站之间包括至少两个识别卡时，则定位系统将其中至少一个识别卡作为基站处理，利用半正定规划算法定位出位置；
服务器根据上述相对距离，采用半定规划算法计算确定各识别卡的坐标位置，得到识别卡卡相对无线读卡基站的精确位置坐标，具体包括：
测量移动的识别卡与可通信的移动识别卡或固定无线读卡器之间的成对距离；
利用已知的无线读卡器或识别卡位置和测量得到的结点之间的成对距离来计算网络所有其他识别卡的位置；
所述利用已知的无线读卡器或识别卡位置和测量得到的结点之间的成对距 离来计算网络所有其他识别卡的位置具体包括：
设移动节点即识别卡集合为N和固定节点即识别卡或无线读卡器的集合为A，其中固定节点的位置{ak；k∈A}给定，移动节点的位置{xi；i∈N}未知，根据测量得到的成对距离，通过以下公式测定：
其中Ea和En分别是移动节点和固定节点之间、及移动节点和移动节点之间已有测量距离的集合；
T
令X为属于N的所有位置向量xi；i∈N作为行向量的矩阵以及Y＝X X,Z＝[I,X；
T
X,Y],记ei为第i个分量为1，其余分量为0的列向量，则(5)和(6)两式等价于T T
并将Y＝XX松弛为Y≥XX；或者等价地，
Z≥0，即Z半正定。

一种无线传感器网络精确定位系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络精确定位系统及方法。\n背景技术\n[0002] 近年来，精确定位的需求日益增大，虽然GPS能够获得很好的定位精度，但是在室内环境下，GPS信号衰减较大，无法进行精确定位。另外，GPS在室外也很容易受到天气等外界因素影响，因而在GPS无法定位的场合需要利用其它技术方案代替GPS，例如室内精确定位。室内定位市场需求较大，典型应用例如煤矿井下精确定位、监狱人员定位、特定大楼人员资产定位等。\n[0003] 以煤矿井下人员定位系统为例，其应能够及时、准确的将井下各个区域人员的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。特别地，当事故发生时，救援人员也可以根据井下人员及设备定位系统所提供的数据和图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。因此，国家非常重视矿井人员定位系统的建设。6年前，煤科总院常州自动化研究院就采用433M射频的RFID的人员定位监测系统，其后，又有不同形式的定位系统问世，2007年，国家安全行业标准AQ6210-2007《煤矿井下作业人员位置监测与管理系统通用技术条件》和AQ1048-2007《煤矿井下作业人员管理系统使用和管理规范》发布，作为研发、生产和现场使用管理的指导文件。煤矿装备定位系统也有一些年了，各地区要求不一样，如山西省煤炭局三年前就要求所有煤矿必须装备。国务院国发〔2010〕23号《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》要求“强制推行先进适用的技术装备。煤矿、非煤矿山要制定和实施生产技术装备标准，安装监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统等技术装备，并于3年之内完成”。同年8月，国家安监局安监总煤装〔2010〕146号文要求“中央企业和国有重点煤矿企业的所有煤矿要完成井下人员定位系统的建设完善工作；2011年底前，其他所有煤矿要完成井下人员定位系统的建设完善工作。”目前，中央企业和国有重点煤矿企业的人员定位系统已经完成安装，但全国地方煤矿还有1万余处，估计至少一半以上还没有定位装备。\n[0004] 目前，国内实现室内定位的技术方案主要有：\n[0005] 1、射频卡(RFID)考勤系统：\n[0006] 这种方案一般是在入口安装一个RFID读卡器，利用对RFID射频卡读取的方式对人员登记，而它并不能实时的准确的报告人员的具体位置，能够定位到楼层级别或者房间级别，实质上是一种考勤系统，很难做到精确定位。\n[0007] 2、采用2.4G RFID技术的人员定位系统\n[0008] 采用这种方案的生产厂家比较多，它的识别距离最高能达到10-40米，识别速度较快，最突出的优点是低功耗，无线标签在不更换电池的情况下可连续正常工作6各月以上。定位精度与接收器的密度成正比，为了实现较高的定位精度，就需要较高的系统总体成本，因此可扩展性差。\n[0009] 3、采用Zigbee无线网络技术\n[0010] 这种方案的无线识别距离为50～100m，识别速度快，能够双向通信，但识别卡的功耗比RFID大得多，不利于特殊场合下的使用。\n发明内容\n[0011] 本发明实施例的目的是针对上述背景技术中存在的问题，提出一种无线传感器网络精确定位系统和方法，以解决现有技术中室内定位精度低，或者若要达到较高的定位精度就需要较高的成本从而扩展性较低的问题。\n[0012] 为了实现前述发明目的，本发明实施例提供了一种无线传感器网络精确定位系统，所述系统是通过以下的技术方案实现的：\n[0013] 一种无线传感器网络精确定位系统，所述系统包括：\n[0014] 一个或多个被定位目标，所述定位目标包含一识别卡，用于与一个或多个的设置于无线读卡基站内无线读卡器进行信息的交互，采用双边双向测距算法SDS-TWR测量各自相对于各无线读卡器的相对距离；\n[0015] 服务器，用于根据上述相对距离，采用半定规划算法计算确定各识别卡的坐标位置。\n[0016] 进一步优选地，所述识别卡具体包括：\n[0017] 电源管理部分，用来进行充电管理和/或电源安全管理；\n[0018] 射频控制部分，包括输出匹配电路、功率监测、运放比较电路、接收电路，用来向无线读卡器发送测距数据包和接收来自读卡器的数据包以测定与无线读卡器的距离；\n[0019] 处理器单元，用来配合射频控制部分进行测距、发送/接收无线数据。\n[0020] 进一步优选地，所述接收电路包括天线开关、滤波器，所述天线开关用来控制双天线。\n[0021] 进一步优选地，所述识别卡还包括节电管理模块，用来根据识别卡和无线读卡器之间的信号强弱，自动调节用户识别卡的发射功率，实现节电管理。\n[0022] 为了实现前述发明目的，本发明实施例提供了一种无线传感器网络精确定位方法，所述方法是通过以下的技术方案实现的：\n[0023] 一种无线传感器网络精确定位方法，所述方法包括：\n[0024] 被定位识别卡与一个或多个的设置于无线读卡基站内无线读卡器进行信息的交互，并采用双边双向测距算法SDS-TWR测量各自相对于各无线读卡器的相对距离；\n[0025] 服务器根据上述相对距离，采用半定规划算法计算确定各识别卡的坐标位置。\n[0026] 进一步优选地，所述采用双边双向测距算法SDS-TWR测量各自相对于各无线读卡器的相对距离具体包括：\n[0027] 识别卡向无线读卡器发送初次测距数据包，若无线读卡器正确接收了这个数据包，则返回硬件应答给用户识别卡，并请求产生传输延时T1；\n[0028] 识别卡计算传输延时T1，同时将这个数据发送给无线读卡器，并且等待无线读卡器的硬件应答；\n[0029] 无线读卡器读取识别卡发来的相关参数，并为识别卡和无线读卡器第二次测距准备；\n[0030] 无线读卡器通过计算得到处理延时T2，并将T2发送给识别卡；\n[0031] 识别卡接收无线读卡器的测距数据包，自动发送硬件应答给无线读卡器，无线读卡器将依据所述硬件应答计算出传播延时T3；\n[0032] 无线读卡器计算传播延时T3，并将T3发送给识别卡，并等待识别卡的硬件应答；\n[0033] 识别卡读取无线读卡器发送的T3，并计算出处理延时T4；\n[0034] 识别卡根据T1，T2，T3，T4计算出识别卡和无线读卡器的相对距离。\n[0035] 进一步优选地，所述服务器根据上述相对距离，采用半定规划算法计算确定各识别卡的坐标位置具体包括：\n[0036] 测量移动的识别卡与可通信的移动识别卡或固定无线读卡器之间的成对距离；\n[0037] 利用已知的无线读卡器或识别卡位置和测量得到的结点之间的成对距离来计算网络所有其他识别卡的位置。\n[0038] 进一步优选地，所述利用已知的无线读卡器或识别卡位置和测量得到的结点之间的成对距离来计算网络所有其他识别卡的位置具体包括：\n[0039] 设移动节点即识别卡集合为N和固定节点即识别卡或无线读卡器的集合为A，其中固定节点的位置{ak；k∈A}给定，移动结点的位置{xi；i∈N}未知，根据测量得到的成对距离，通过以下公式测定：\n[0040] \n[0041] 其中Ea和En分别是移动结点和固定节点之间、及移动结点和移动结点之间已有测量距离的集合。\n[0042] 进一步优选地，所述方法包括：\n[0043] 令X为属于N的所有位置向量xi；i∈N作为行向量的矩阵以及Y＝XTX，Z＝[I，X；XT，Y]，记ei为第i个分量为1，其余分量为0的列向量，则(5)和(6)两式等价于[0044] \nT T\n[0045] 现在将Y＝XX松弛为Y≥XX；或者等价地，\n[0046] Z≥0(即Z半正定) (9)\n[0047] 本发明实施例的无线传感器网络精确定位系统采用SDS-TWR的定位技术和半正定规划算法，具有稳定性好、定位精度高、运算速度快和可扩展性强等优点，并能将精度控制在1M以内，另外，由于SDS-TWR定位技术采用线性调频扩频技术，能够最大限度降低系统中可能存在的多径干扰、射频噪声干扰；测量方法中采用往返测量方法，降低了定位算法对系统时钟同步的严格要求，同时半正定规划算法使用凸规划方法对非凸优化问题予以近似，优化后的系统具有定位精度高，抗干扰能力强显著优点，因此适用于室内精确定位，例如煤矿井下精确定位、监狱人员精确定位、商业大楼人员资产精确定位、事故现场搜救(矿井、隧道、建筑物)等，也适用于室外定位，例如车辆智能管理中的定位、室外保安巡逻等。\n附图说明\n[0048] 通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。\n[0049] 图1为本发明实施例1精确定位系统的构架示意图；\n[0050] 图2为本发明实施例的一种应用于井下煤矿精确定位实施示意图；\n[0051] 图3为本发明实施例无线读卡器框架示意图；\n[0052] 图4为本发明实施例用户识别卡框架示意图；\n[0053] 图5为本发明实施例SDS-TWR无线测距工作信令原理图；\n[0054] 图6为本发明实施例SDS-TWR无线测距方法流程图。\n具体实施方式\n[0055] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。\n[0056] 一种无线传感器网络精确定位系统，所述系统包括：\n[0057] 一个或多个被定位目标，所述定位目标包含一识别卡，用于与一个或多个的设置于无线读卡基站内无线读卡器进行信息的交互，采用双边双向测距算法SDS-TWR测量各自相对于各无线读卡器的相对距离；\n[0058] 服务器，用于根据上述相对距离，采用半定规划算法计算确定各识别卡的坐标位置。\n[0059] 进一步优选地，所述识别卡具体包括：\n[0060] 电源管理部分，用来进行充电管理和/或电源安全管理；\n[0061] 射频控制部分，包括输出匹配电路、功率监测、运放比较电路、接收电路，用来向无线读卡器发送测距数据包和接收来自读卡器的数据包以测定与无线读卡器的距离；\n[0062] 处理器单元，用来配合射频控制部分进行测距、发送/接收无线数据。\n[0063] 进一步优选地，所述接收电路包括天线开关、滤波器，所述天线开关用来控制双天线。\n[0064] 进一步优选地，所述识别卡还包括节电管理模块，用来根据识别卡和无线读卡器之间的信号强弱，自动调节用户识别卡的发射功率，实现节电管理。\n[0065] 本发明实施例一个典型的应用如煤矿精确定位系统，以下结合说明书附图2来进一步说明基于优化算法精确定位系统的工作流程。\n[0066] 如图2所示，其硬件由以下几个部分组成：监测计算机(工控机主机和备用机各一台)、传输接口、矿用传输分站、无线读卡基站、用户识别卡(含标签)、系统软件和串联型数据信号防雷器组成。监测主机安装好系统监控软件和后台数据库，显示所有监测信息；用户识别卡由井下工作人员或移动目标佩戴；无线读卡基站安装在需要进行跟踪和检测的巷道内；多台无线读卡基站以串联方式，通过RS-485总线或无线传输方式与分站连接。\n[0067] 如图2所示，首先依据矿井工作环境，沿着巷道方向，在巷道同一侧面和同一高度布置无线读卡基站，无线读卡基站具体坐标在安装的时候就能够测量出来。无线读卡基站的布置需要考虑巷道的长度，巷道的交叉情况，巷道倾斜角度等，两个无线读卡基站之间最大距离不超过400m。两个无线读卡基站之间采用RS485总线连接或者无线网络连接，无线网络连接工作频率为2.4G，RS485总线波特率设置为9600bps。\n[0068] 佩戴标签卡的工作人员进入巷道后，无线读卡基站和标签卡之间首先进行握手交换信息，然后测量两者之间的距离，无线读卡基站将测量得到的数据通过RS485总线上传到服务器，服务器端通过优化算法，对数据进行处理，得到标签卡相对无线读卡基站的精确位置坐标。最后通过无线读卡基站的已知坐标和基站标签卡之间的相对位置坐标，计算出标签卡在巷道的精确位置。\n[0069] 如图3所示为本发明实施例精确定位系统中无线读卡基站2的组成示意图。图3中，电源管理部分27，能够将矿井的本安电源采用LDO降压到处理器26所要求的工作电压。\n当本安电源关闭(或者其它异常)情况下，电源管理部分27自动将电源切换到锰酸锂可冲电池上面。另外，电源管理部分27针对锰酸锂电池能够进行充电管理，具体包括：\n[0070] 充电电流控制，当电池电压小于3V时候，采用预充电，充电电流为100mA；当电池电压大于3V小于4.1V的时候，采用恒流充电，充电最大电流是800mA，软件可以调节充电电流大小；当电池电压大于4.1V小于4.2V的时候，采用恒压充电，最后锰酸锂电池电压达到4.2V。另外电源管理部分27还会针对充电过程中可能出现的充电电压过高、冲电电流过小、电池电压过高、电池电压过小等异常情况进行保护。\n[0071] 处理器单元26主要作用是和控制单元25进行交换数据，从而实现无线读卡器和用户识别卡直接测距，发送广播信息，发送时间信息等功能。处理器单元26通过RS485总线实现和传输分站通信，另外处理器单元26还兼容了Ethernet接口以备后续扩展。通过USB接口进行充电，数据下载等功能。\n[0072] 控制单元25由微处理器STM8L151G6组成，和处理器单元26通过UART进行通信，和射频控制部分24由SPI总线进行通信控制。\n[0073] 天线开关逻辑由射频控制部分24控制，天线22和天线21组成，这两个天线都是全向性，但是在实际环境下，目前天线难以做到百分之百的全向，因此系统设计了双天线，双天线主要目的是消除RF盲区并且降低由于无线读卡基站和标签卡相对位置带来的测量距离降低、测量精度变差的影响。\n[0074] 如图4所示为本发明实施例精确定位系统中用户识别卡3的基本框图。图4中电源管理部分36主要管理锰酸锂电池，包括充电管理，电源安全管理等。处理器单元35主要作用是配合射频控制部分34进行测距、发送接收无线信息、节电管理等操作，其中，节电管理包括：\n[0075] 针对用户识别卡和无线读卡器之间的信号强弱(主要监测用户识别卡的RSSI)，自动调节用户识别卡的发射功率，用户识别卡的最大发射功率为16dbm，具有64等级可以调整；用户识别卡的PA工作模式是突发模式，默认设置是睡眠3秒，然后睡醒工作1秒，循环工作，具体睡眠时间和工作时间软件可以自由设置；当用户识别卡长时间没有和无线读卡器进行通信，睡眠时间将逐渐加长，例如睡眠30秒，然后睡醒工作1秒。\n[0076] 射频控制部分34的PA部分由输出匹配电路、功率监测、运放比较电路等组成，能够将NA5TR1输出功率最大调整到16dbm；射频控制部分34的接收电路由天线开关、滤波器等组成，最大灵敏度是-95dbm。天线31和天线32由天线开关33控制，其作用类似无线读卡器的双天线。\n[0077] 如图5和图6是本发明实施例精确定位系统中无线读卡基站(无线读卡器)和标签卡(用户识别卡)之间的测距过程。测距过程主要就是一次SDS-TWR(双边双向测距，Symmetric Double Side-Two Way Ranging)的过程。\n[0078] 图6中，准备阶段51条件是：系统处于非测距状态并且无线读卡器、用户识别卡都已经成功完成初始化。\n[0079] 开始阶段52，用户识别卡3将向特定的地址(MAC地址指定)的无线读卡器发送数据包，如果无线读卡器正确接收了这个数据包的话，无线读卡器将返回硬件应答给用户识别卡，并且请求产生传输延时T1。\n[0080] 应答1阶段53分为如下步骤：\n[0081] A1.用户识别卡将调用RangingCallback_Ack()来计算传输延时T1，同时用户识别卡将这个数据发送给无线读卡器，并且等待无线读卡器的硬件应答，如果超过10ms无线读卡器都没有应答，就认为本次测距失败，需要重新开始。\n[0082] B1.无线读卡器调用RangingCallback_Rx()，读取用户识别卡发过来的相关参数，并且为用户识别卡和无线读卡器第二次测量做好准备。\n[0083] C1.无线读卡器通过计算得到处理延时T2，并且将这个参数通过RangingMode()传递给用户识别卡。\n[0084] 在图5，图6中，应答2阶段54可以分为如下步骤：\n[0085] A2.用户识别卡收到无线读卡器的数据包，将自动发送硬件应答给无线读卡器，无线读卡器将依据这个应答计算出传播延时T3。\n[0086] B2.无线读卡器利用RangingCallback_Ack()计算传播延时T3，并且将这个数据发送给用户识别卡，并且等待用户识别卡的硬件应答。\n[0087] C2.用户识别卡利用RangingCallback_Rx()读取无线读卡器传递过来的参数，并且计算出T4。\n[0088] D2.无线读卡器通过调用RangingMode()，将传输延时T3发送给用户识别卡。\n[0089] E2.用户识别卡通过调用RangingCallback_Rx()得到T3，最后用户通过T1，T2，T3，T4计算出用户识别卡和无线读卡器的距离。\n[0090] F2.假设优化卡由于晶体偏差带来的时间误差是eA，假设无线读卡器由于晶体误差带来的时间误差是eB，则理想情况下无线读卡器和用户识别卡之间的飞行时间为Tt：\n[0091] \n[0092] G2.考虑用户识别卡和无线读卡器的晶体误差：\n[0093] \n[0094] H2.假设T2＝T4+δ和Tt□δ，则\n[0095] \n[0096] I2.采用两次测距原理的话：\n[0097] \n[0098] 通过对比：采用 测量方法，相比较 有明显优势。\n[0099] 服务器端接收到识别卡和无线读卡基站之间的距离值后，通过半正定规划算法计算标签卡(用户识别卡)的位置。计算网络中移动结点即用户识别卡的位置是通过两个过程来确定的。\n[0100] 第一个过程是测量移动结点与可交流的移动结点或固定结点(锚点)之间的成对距离。相应的传感器的运用服从IEEE-802.15.4标准的无线传感器网络供应商的RF收发器具有测量相邻移动结点之间距离的能力。每个传感器收集距离数据并且将此数据传送到定位引擎来做第二过程的定位。\n[0101] 第二个过程的定位是利用已知的锚点位置和成对测量得到的结点之间的距离来计算网络所有其他结点的位置。在上面第二过程的WSN定位问题是一个多步传递的定位问题。它是属于在数学上和计算上的问题。简单的三角测量或多边测量方法无法满足实际应用系统对定位准确性和覆盖面的需求。一个可行方法是不仅利用附近锚点的距离，而且还利用到附近的可以得到信号的其他结点的距离，造成所谓的多步传递的定位问题，它可以大量改进定位准确性。\n[0102] 然而，即使对一个非常小的多步传递的网络，准确而高效率地确定结点的位置是一个困难的计算问题位置。采用半定规划算法可以用两个无线读卡器就能定位用户识别卡位置。\n[0103] 具体实现方法是：\n[0104] 设移动结点集合N和固定结点(锚点)集合A，其中锚点的位置{ak；k∈A}给定，移动结点的位置{xi；i∈N}未知，需要根据已经成对地测量得到的某些距离，通过某种方式确定。\n[0105] \n[0106] 其中Ea和En分别是移动结点和锚点之间、及移动结点和移动结点之间已有测量距离的集合。现在的目标就是要利用公式(5)和(6)确定移动结点的位置{xi；i∈N}。这个问题在几何上看，是很多超球的交，已经被证明是NP难问题，不存在具有多项式时间复杂性的算法。当问题的规模变得比较大时，它的求解就变得非常困难。\n[0107] 为了使得在短时间内求得原问题的一个较好的近似解，本发明实施例引入如下矩阵，并试图将它松弛为一个半正定规划问题。\n[0108] 令X为属于N的所有位置向量xi；i∈N作为行向量的矩阵以及Y＝XTX，Z＝[I，T\nX；X，Y]，如果我们记ei为第i个分量为1，其余分量为0的列向量，那么(5)和(6)两式等价于\n[0109] \nT T\n[0110] 现在将Y＝XX松弛为Y≥XX；或者等价地，\n[0111] Z≥0(即Z半正定)(9)\n[0112] (7)-(9)可以通过建立半正定规划，再用sedumi等软件在多项式时间求解，得到原定位问题的一个近似解，相比传统的多种启发式的算法，半正定规划算法具有求解精度高，抗干扰能力强的明显优势。\n[0113] 由于无线读卡基站相比标签卡来说，构造较复杂，因此价格也要贵很多。在某些特定场合下，例如两个无线读卡基站之间，同时存在至少两个标签卡情况下，系统会将其中一个标签当做基站处理，利用半正定规划算法定位出位置。特别是当无线标签卡较多情况下，例如几十个的，系统将选择某些标签卡当做基站，和其他标签卡进行测量，这样降低了系统的计算复杂程度，同时抛弃某些明显偏离的值，提高了系统定位的精确度。\n[0114] 本发明实施例的无线传感器网络精确定位系统采用SDS-TWR的定位技术和半正定规划算法，具有稳定性好、定位精度高、运算速度快和可扩展性强等优点，并能将精度控制在1M以内，另外，由于SDS-TWR定位技术采用线性调频扩频技术，能够最大限度降低系统中可能存在的多径干扰、射频噪声干扰；测量方法中采用往返测量方法，降低了定位算法对系统时钟同步的严格要求，同时半正定规划算法使用凸规划方法对非凸优化问题予以近似，优化后的系统具有定位精度高，抗干扰能力强显著优点，因此适用于室内精确定位，例如煤矿井下精确定位、监狱人员精确定位、商业大楼人员资产精确定位、事故现场搜救(矿井、隧道、建筑物)等，也适用于室外定位，例如车辆智能管理中的定位、室外保安巡逻等。\n[0115] 本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。\n[0116] 需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。