无线传感器网络(WSN)是一种自组织类型的网络,节点之间通常没有固定的通信链路,对于随机部署的WSN而言,通常不知道网络中节点的准确位置。因此,定位方法是WSN研究领域的热点之一。然而,由于WSN部署环境的复杂性,获得准确的节点位置仍然是一项具有挑战性的工作。本文结合刚性拓扑的结构不变性,围绕复杂环境下WSN定位,从基于距离刚性的WSN节点定位算法、基于方位刚性的WSN可定位性和定位精度方面进行了研究。首先,针对WSN在三维空间中的定位问题,提出一种基于刚性图的定位算法。该方法采用距离刚性图的结构不变特性及全局距离刚性图的可定位性,解决了自组织网络中节点位置的确定问题。其中,定位前自适应地增加通信半径以增加可定位性;定位后结合网络参数及可定位节点数量的关系,分析了网络参数对定位结果的影响。其次,针对随机生成的WSN中节点的不完全可定位性问题,设计了一种基于方位刚性特性的方位刚性子图分离策略并对获得的方位刚性子图进行可定位性分析。该方法考虑了方位刚性图具有的一系列优于距离刚性图的特征,如更宽松的秩条件、秩条件和图唯一性的一致关系等,可以获得比距离刚性子图更多的可定位节点;另外,为了减少计算复杂性,分别提出基于广度优先搜索和深度优先搜索的连通子图获取算法及割点搜索算法。最后通过与基于距离刚性图的子图分离策略进行对比,展现基于方位刚性图的子图分离策略的优越性。最后,在基于方位刚性的可定位性分析的基础上,针对测量值为方位并存在测量误差的WSN节点定位问题,提出一种基于方位测量的定位精度分析方法。该方法定量地分析了定位精度与网络拓扑结构相关参数如网络规模、网络大小和网络对称性之间的关系。此研究考虑了网络拓扑结构对定位精度的影响,为WSN的设计提供了指导。