传感器误差情况下的线性校正TOA定位算法

传统定位方法一般是在假设传感器位置信息准确已知的前提下进行的。然而在实际情形中,传感器位置信息往往含有随机误差,这些误差会严重影响目标的定位精度。针对这一问题,提出了一种存在传感器误差情况下的线性校正TOA定位算法。首先将非线性TOA定位方程组转化为一组关于目标位置的伪线性方程,利用加权最小二乘估计进行初始求解;然后在此基础上把伪线性方程组转化为关于估计偏差的求解问题,进而对初始解进行线性校正。在测量误差充分小的情况下分析了该算法的有效性。仿真结果表明该算法具有较好的定位性能。     

基于时间差的无线传感器网络节点定位方法

在分析RSSI、ToA、TDoA和AoA测距方法优缺点的基础上,给出一种基于时间差的节点定位方法.该方法无需锚节点与锚节点之间,以及锚节点与目标节点之间的时间同步,根据三个锚节点的定位信号到达目标节点的时间差,即可完成对目标节点的定位.以三个锚节点呈等边直角三角形布置为例,对定位误差进行计算并得出了提高目标节点时钟精度和增加锚节点之间的距离可减小定位误差的结论.最后,利用无线传感器网络测试床进行算法有效性验证,结果表明了所提定位算法的有效性.     

传感器网络中与节点位置无关的覆盖算法

在不能获取节点精确位置信息的条件下,现有的基于分组的节点调度算法不能保证各个组内的传感器节点均匀分布在目标区域,导致传感器网络难以获得较好的覆盖性能.提出了两种调度算法:与节点位置无关的集中式覆盖算法和分布式覆盖算法,在定位设施缺失的条件下,使得各个组内的传感器节点较为均匀地分布在目标区域.算法分析和仿真实验证明了算法的有效性.     

分布式时隙同步抗时钟频率不一致性能分析

针对节点时钟频率不一致而引起时隙漂移的情况,分析分布式时隙同步算法的性能。通过把一个时隙周期内的累积时钟偏差等效为时隙相位偏差,建立干扰模型,证明了采用分布式平均的时隙互同步算法可以避免节点时隙偏移量随时间的累积,并将节点之间的最大时隙偏差控制在一定范围内。最后,用计算机仿真和实物测试验证了分布式时隙同步算法可以保证节点之间的同步。     

传感器网中基于矢量地图数据的传感器放置模型与算法

基于矢量地图数据,建立了用于传感器放置的地形模型和传感器模型,提出了两种传感器放置算法,算法的目标是优化传感器数目及确定传感器的放置位置。算法通过计算放置一个传感器后目标节点处目标漏检概率的有效变化,将传感器放置在能带来全局或局部最大有效变化的网格节点上。仿真实际表明,与已有放置算法相比,两种算法减少了传感器的数目。     

分布式无源定位技术的定位精度提高方法

为了提高无线传感器网络在无源定位时的定位精度,提出一种基于偏移圆圆心估计的定位误差校正(positioning error correction, PEC)算法。在PEC算法中，利用两步定位法在传感器获取的目标距离信息中获得的目标位置估计作为初值。在极坐标系中，将沿极径方向的固定偏移量引入到测距残差中形成偏移圆。利用偏移圆圆心的位置矢量对目标位置初始估计进行校正,从而获得更精确的目标位置估计。与经典分布式无源定位算法相比, PEC算法对传感器布局具有更强的适应性和更高的精度,在不同的传感器测距精度下均有较优异的性能,具有良好的工程应用前景。     

分布式无源定位技术的定位精度提高方法

为了提高无线传感器网络在无源定位时的定位精度,提出一种基于偏移圆圆心估计的定位误差校正(positioning error correction, PEC)算法。在PEC算法中，利用两步定位法在传感器获取的目标距离信息中获得的目标位置估计作为初值。在极坐标系中，将沿极径方向的固定偏移量引入到测距残差中形成偏移圆。利用偏移圆圆心的位置矢量对目标位置初始估计进行校正,从而获得更精确的目标位置估计。与经典分布式无源定位算法相比, PEC算法对传感器布局具有更强的适应性和更高的精度,在不同的传感器测距精度下均有较优异的性能,具有良好的工程应用前景。     

基于差分修正的传感器网络加权质心定位算法

节点定位是无线传感器网络应用的关键技术。针对加权质心定位算法存在的测距误差影响,提出了一种基于差分校正的加权质心定位算法DWCLA。算法先进行信标节点之间的测距,并用其实际位置求得测距的误差因子。节点利用最近信标节点的误差因子修正测距,从而对权值进行修正。仿真结果表明,DWCLA算法降低了测距误差对定位的影响,提高了算法的定位精度。     

一种新的倒GPS基站间的时钟同步方法

时钟同步技术是基于倒GPS(IGPS)基站网络来进行目标定位的重要研究内容。提出了一种与IGPS基站时钟结合的自适应离散卡尔曼滤波方法,该方法利用测量新息和状态修正序列在估计窗内分段静止的特性,克服了传统卡尔曼滤波过程过分依赖于数学模型和统计模型正确性的问题。通过这种方法可以在线实时修正和转换IGPS基站间的时钟相位偏差和时钟偏移,找出最佳时钟适应曲线,并估计过程噪声和测量噪声的协方差矩阵。仿真结果表明,该方法能够提高IGPS基站间的时钟同步精度,使同步精度达到微秒量级。     

基于一个移动锚节点的无线传感器网络节点定位算法

节点定位技术是无线传感器网络应用的重要支撑技术之一,对此提出了一种基于移动锚节点的两步定位算法。该算法利用一个移动锚节点遍历整个网络,并周期性的广播包含自身当前位置的信息。把传感器节点的自身定位过程用基于无迹状态滤波(UKF)的目标跟踪方法实现。由于所用的目标状态模型和量测模型有一定的不确定性,所以先选取不共线3个锚节点信息,利用三边定位法提高滤波的初始位置精度,从而改善定位效果。最后仿真并分析比较了锚节点在多种移动轨迹情况下节点定位误差,结果表明本文所述两步定位法改善了对锚节点移动轨迹的特殊要求的限制,更适合实际情况,并取得理想的定位精度。     

UWB多目标异步定位及算法

基于到达时间法(TOA)和超宽带信息帧往返传输(RTT)原理,提出一种新的UWB多目标异步定位及其算法.系统节点均具有收发功能,在测量某个节点时,往返传输(RTT)的UWB帧只需使用一次,也不需要保证接收节点时钟严格同步的光纤连接等系统条件的限制.与同步方法相比较,本方法和算法具有低复杂性、一般性和实用性.仿真结果也表明其定位精度完全可以与同步TOA法或TDOA法相媲美.     

Ad-hoc网络中基于博弈论和粒子群优化的协作算法

为了促使Ad-hoc网络中的“自私”节点进行合作,提出了一种基于博弈论和粒子群优化的协作算法（Nash Bargaining of game theory and particle swarm optimization, NGPSO）在算法的第一阶段,源节点通过对中继节点转发的数据进行价格补偿,从而达到使中继节点参与合作的目的。将源节点的最优出价归结为纳什谈判问题,得到具有帕累托最优的激励价格,保证源节点和中继节点在合作中同时获得最佳收益;在算法的第二阶段,中继节点在获得源节点的最优出价后,通过粒子群优化算法得到最优的转发功率,使其合作收益增益最大。仿真表明,和随机价格激励相比,所提出的NGPSO算法能使源节点和中继节点达到最优收益;和中继节点固定功率转发相比,所提出的NGPSO算法,能显著提高源节点的能量效率和中继节点的收益,同时在适当设置中继节点转发功率的搜索空间时,可以保证总的能量效率。     

基于TDOA的无人机集群协同单目标定位

无源定位作为现代信息化战场中电子侦察的重要技术, 可以在自身不辐射电磁波的情况下实现对敌方目标的精确定位。以高灵活性、高安全性的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群为接收站, 研究基于到达时差测量的辐射源定位方法。作为高机动平台, UAV集群的位置误差更大, 基于该情况对Chan算法、Taylor算法进行改进, 并提出了一种粒子群泰勒协同的解算方法。与其他方法的定位结果进行对比, 仿真结果表明所提的方法定位精度接近克拉美罗下界(Cramer-Rao lower bound, CRLB), 解决了Taylor算法的初值问题。     

存在基站误差的稳健时差定位算法

针对存在基站误差的目标无源定位问题,提出了一种基于修正牛顿算法的时差定位技术。众所周知,牛顿法对初值要求较高,较差初值会导致迭代发散,而且基站位置误差也会导致牛顿算法Hessian矩阵维数扩大和目标函数的缓慢下降,使运算量变大。该算法利用最大似然方法确定目标函数,运用牛顿法对目标位置进行迭代求解,对于计算过程中可能出现的病态Hessian矩阵,引入正则化理论修正病态的Hessian矩阵,使保证迭代收敛,同时简化算法降低Hessian矩阵的维数并且加速目标函数的下降趋势,使目标位置解脱离局部最小值,算法能够稳健高效的运行。实验结果表明:相对于传统牛顿法,此算法在初始值的选取上具有稳健性,对误差选取较大的初始值,仍能够保证算法的收敛性,同时加速了收敛速度,降低了计算量;相对于现有闭合式定位方法,此算法在噪声较大时具有较好的定位精度。     

旋转长基线干涉仪的系统偏差联合估计方法

针对旋转长基线干涉仪(rotating long baseline interferometer,RLBI)定位系统中接收通道幅/相不一致性、机械加工误差、基线的安装偏差等因素对定位的影响,建立了RLBI系统偏差的模型,证明了基线转角偏差和转轴偏角两种系统偏差的等效性,给出了理论定位偏差的计算方法,指出了引起显著定位偏差的系统偏差,对此提出了一种基于已知位置标校站的系统偏差联合估计的高斯牛顿迭代方法。仿真分析表明,该方法的估计性能可达到克拉美-罗下限(Cramer-Rao lower bound, CRLB),基于单标校站估计和标校系统偏差即可显著提高系统的定位性能。     

基于约束加权最小二乘的无源定位闭式解算方法

针对无源定位问题中可进行伪线性处理的观测方程,提出一种基于约束加权最小二乘的无源定位闭式解算的理论框架。首先,在不限定定位观测量情况下,建立基于约束加权最小二乘的定位模型,推导其无约束最优化形式;然后,只需通过广义特征值分解即可实现辐射源状态估计并给出其解析表达式,并在此基础上证明了该闭式解的全局最优性和减小定位偏差的特性;最后,将该理论框架应用于到达角(angle of arrival, AOA)/到达时间差(time difference of arrival, TDOA)联合定位场景,验证了其有效性。仿真结果表明,所提算法定位精度能够逼近克拉美-罗下限(Cramer-Rao low bound, CRLB),定位偏差明显小于加权最小二乘算法,尤其在连续定位时间较短,噪声强度较大等情况下,验证了所提理论框架的优越性。     

基于分治求精的无线传感器网络节点定位算法

节点自身定位是无线传感器网络应用的支撑技术之一。将分治法运用到无线传感器网络节点自身定位问题中,研究了锚节点位置关系对节点定位的影响,设计了基于分治求精的无线传感器网络节点定位算法(divide and conquer and refinement method based localization algorithm, DRBLA)。DRBLA采用先分而治之、再整体求精的思想,根据锚节点位置关系对定位的影响,有效筛选锚节点构成组合分别对未知节点初步定位,随后加权求精得出最终定位结果。DRBLA不需要额外添加硬件,通信量小且容易实现。仿真结果显示,相对于传统基于测距的定位算法,DRBLA具有明显的优越性,尤其是可以利用较少的锚节点取得较高的定位精度。     

基于ADS-B的多站时间同步系统的偏差联合估计方法

针对基于广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance broadcast,ADS-B)的多站时间同步系统中ADS-B位置误差、站址测量误差和时差测〖JP2〗量误差等因素对同步精度的影响,建立了偏差条件下基于ADS B〖JP〗的多站同步模型,给出了理论同步误差的计算方法,指出引起显著同步误差的系统延时误差。提出一种延时误差和待同步站钟差的联合估计方法,理论推导了克拉美-罗下限(Cramer-Rao lower bound,CRLB)。基于同步精度分布图,分析了偏差消除前后作为标校站的飞机的航向对同步精度的影响。计算机仿真分析表明,基于ADS B的多站同步系统的延时误差和待同步站钟差联合估计方法的估计性能,可以达到CRLB,显著提高了同步精度。