用matlab质心计算法计算在给定的100米×100米范围内,随机部署30个未知节点。假设节点的通信半径均为20米,根据下述要求生成信标节点位置,使用质心定位算法估计未知节点位置,并计算定位误差。 1、信标节点个数为16个,随机分布,画出节点位置图、定位误差图,并计算平均定位误差(需多次运行求平均); 2、信标节点个数为16个,均匀分布,画出节点位置图、定位误差图,并计算平均定位误差(多次运行求平均);
时间: 2024-03-18 19:42:43 浏览: 15
好的,我明白了。这是一个关于质心定位算法的问题,需要使用 Matlab 实现。下面是我的解答:
首先,我们需要生成随机的未知节点位置。根据题目描述,范围是 100 米 × 100 米,共有 30 个节点,通信半径为 20 米。我们可以使用 rand 函数在这个范围内生成随机位置,然后检查每个节点是否与至少 3 个信标节点的距离小于等于通信半径。如果不满足条件,则重新生成位置,直到满足条件为止。
以下是生成节点位置的代码:
```matlab
% 设定范围和参数
range = 100; % 范围
num_nodes = 30; % 节点数
radius = 20; % 通信半径
% 生成信标节点位置
num_anchors = 16; % 信标节点数
anchors = zeros(num_anchors, 2);
for i = 1:num_anchors
% 随机生成位置
anchor = [range*rand, range*rand];
% 检查是否满足条件
while sum(pdist2(anchor,anchors(1:i-1,:))<=radius) < 3
anchor = [range*rand, range*rand];
end
% 添加到信标节点列表
anchors(i,:) = anchor;
end
% 生成未知节点位置
nodes = zeros(num_nodes, 2);
for i = 1:num_nodes
% 随机生成位置
node = [range*rand, range*rand];
% 检查是否满足条件
while sum(pdist2(node,anchors)<=radius) < 3
node = [range*rand, range*rand];
end
% 添加到未知节点列表
nodes(i,:) = node;
end
```
接下来,我们可以使用质心定位算法估计未知节点位置。质心定位算法是一种简单而有效的定位算法,它假设所有节点都能相互通信,并计算所有节点的几何中心作为估计位置。以下是实现代码:
```matlab
% 计算质心
center = mean(nodes, 1);
```
最后,我们可以画出节点位置图和定位误差图,并计算平均定位误差。为了方便比较,我们可以分别对随机分布和均匀分布两种情况进行计算。以下是完整的代码:
```matlab
% 设定范围和参数
range = 100; % 范围
num_nodes = 30; % 节点数
radius = 20; % 通信半径
% 生成信标节点位置
num_anchors = 16; % 信标节点数
anchors = zeros(num_anchors, 2);
for i = 1:num_anchors
% 随机生成位置
anchor = [range*rand, range*rand];
% 检查是否满足条件
while sum(pdist2(anchor,anchors(1:i-1,:))<=radius) < 3
anchor = [range*rand, range*rand];
end
% 添加到信标节点列表
anchors(i,:) = anchor;
end
% 生成未知节点位置(随机分布)
nodes1 = zeros(num_nodes, 2);
for i = 1:num_nodes
% 随机生成位置
node = [range*rand, range*rand];
% 检查是否满足条件
while sum(pdist2(node,anchors)<=radius) < 3
node = [range*rand, range*rand];
end
% 添加到未知节点列表
nodes1(i,:) = node;
end
% 计算质心(随机分布)
center1 = mean(nodes1, 1);
% 生成未知节点位置(均匀分布)
nodes2 = zeros(num_nodes, 2);
for i = 1:num_nodes
% 均匀生成位置
node = [i*range/num_nodes, mod(i,num_nodes/2)*range/num_nodes];
% 检查是否满足条件
while sum(pdist2(node,anchors)<=radius) < 3
node = [i*range/num_nodes, mod(i,num_nodes/2)*range/num_nodes];
end
% 添加到未知节点列表
nodes2(i,:) = node;
end
% 计算质心(均匀分布)
center2 = mean(nodes2, 1);
% 计算定位误差
error1 = norm(center1 - mean(anchors, 1));
error2 = norm(center2 - mean(anchors, 1));
% 绘制节点位置图(随机分布)
figure;
scatter(anchors(:,1), anchors(:,2), 'ro');
hold on;
scatter(nodes1(:,1), nodes1(:,2), 'bx');
scatter(center1(1), center1(2), 'g*', 'LineWidth', 2);
title('Node Positions (Random Distribution)');
legend('Anchors', 'Unknown Nodes', 'Estimated Position');
% 绘制节点位置图(均匀分布)
figure;
scatter(anchors(:,1), anchors(:,2), 'ro');
hold on;
scatter(nodes2(:,1), nodes2(:,2), 'bx');
scatter(center2(1), center2(2), 'g*', 'LineWidth', 2);
title('Node Positions (Uniform Distribution)');
legend('Anchors', 'Unknown Nodes', 'Estimated Position');
% 绘制定位误差图
figure;
bar([error1, error2]);
title('Localization Error');
ylabel('Error (m)');
xticklabels({'Random Distribution', 'Uniform Distribution'});
% 计算多次运行的平均定位误差
num_runs = 100; % 运行次数
errors1 = zeros(num_runs, 1);
errors2 = zeros(num_runs, 1);
for i = 1:num_runs
% 生成节点位置
nodes1 = zeros(num_nodes, 2);
for j = 1:num_nodes
node = [range*rand, range*rand];
while sum(pdist2(node,anchors)<=radius) < 3
node = [range*rand, range*rand];
end
nodes1(j,:) = node;
end
nodes2 = zeros(num_nodes, 2);
for j = 1:num_nodes
node = [j*range/num_nodes, mod(j,num_nodes/2)*range/num_nodes];
while sum(pdist2(node,anchors)<=radius) < 3
node = [j*range/num_nodes, mod(j,num_nodes/2)*range/num_nodes];
end
nodes2(j,:) = node;
end
% 计算定位误差
center1 = mean(nodes1, 1);
center2 = mean(nodes2, 1);
errors1(i) = norm(center1 - mean(anchors, 1));
errors2(i) = norm(center2 - mean(anchors, 1));
end
mean_error1 = mean(errors1);
mean_error2 = mean(errors2);
fprintf('Average localization error (random distribution): %.2f m\n', mean_error1);
fprintf('Average localization error (uniform distribution): %.2f m\n', mean_error2);
```
我希望这个解答对你有所帮助!