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一种非合作多目标的分布式定位算法

西安电子科技大学学报 2024年

作者：李文刚王乾雄黄郡慈国辉翟肖童西安电子科技大学通信工程学院西安电子科技大学广州研究院国防科技大学电子对抗学院中国电子科技集团公司第五十四研究所

随着移动通讯领域的蓬勃发展，现代战争中对于远距离目标的探测更加注重隐蔽性和安全性。在这一背景下，采用被动接收信号的方式进行非合作多目标定位的研究受到广泛关注，然而以被动的方式对多个非合作目标进行定位，信号数据之间的匹... 详细信息

随着移动通讯领域的蓬勃发展，现代战争中对于远距离目标的探测更加注重隐蔽性和安全性。在这一背景下，采用被动接收信号的方式进行非合作多目标定位的研究受到广泛关注，然而以被动的方式对多个非合作目标进行定位，信号数据之间的匹配关系极大程度上影响了各目标位置估计结果的精确度。针对数据关联关系的复杂性和多样性的问题，提出了一种非合作多目标的分布式定位算法。算法通过获取信号计算角度和强度量测，并构建量测数据对，筛选候选参考点以降低量测数据关联复杂度，以量测数据对的匹配概率分析构建代价函数，通过选取最小代价点所量测信息作为该目标的最匹配量测，并通过聚类分析构建最终代理点集合解算各待测目标位置。仿真结果表明，在相同场景中所提算法能将目标匹配成功率提高26.3%以上，运算速度提高16.8%，且在6km×4km的区域中将平均定位误差控制在约17.41m，能够快速、准确地进行多目标位置估计。

关键词：非合作多目标分布式定位数据关联代价函数聚类分析

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基于双重权值优化的分布式定位算法

科学技术与工程 2013年第29期21卷 8666-8671页

作者：李晋熊炎陈永生信阳师范学院信阳464002 同济大学电子与信息工程学院上海200092

针对无线传感网络目标定位精度偏低,利用传感器节点的特性,并结合数据融合理论,提出了应用于传感网络的目标定位算法。该算法通过双重权值优化,并融合多个传感器节点数据,实现目标定位。在权值选取价段,先使用最小均方误差算法LMSE产生... 详细信息

针对无线传感网络目标定位精度偏低,利用传感器节点的特性,并结合数据融合理论,提出了应用于传感网络的目标定位算法。该算法通过双重权值优化,并融合多个传感器节点数据,实现目标定位。在权值选取价段,先使用最小均方误差算法LMSE产生系统的权值初始值,然后采用自适应调整权值理念,并采用递归最小二乘算法RLS优化权值,以提高系统的定位精度。对静态和运动目标的定位数据融合算法进行了仿真,结果表明,相比单节点定位,融合算法的定位精度有约一到两个数量级的提高。

关键词：分布式定位权值数据融合最小均方误差递归最小二乘算法

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子图划分优化WSN节点分布式定位算法

机械设计与制造 2021年第3期 168-171页

作者：李斌赵娜东莞职业技术学院计算机工程系广东东莞523808 吉林大学计算机科学与技术学院吉林长春130012

针对机械振动监测及矿井提升机等系统中WSN节点定位精度和效率不高,且对占用资源较多的参考节点需求较大的问题,提出了基于最小二乘距离修正与子图融合的分布式节点定位算法,算法首先根据参考节点邻域范围将WSN无向图划分为多个子图,然... 详细信息

针对机械振动监测及矿井提升机等系统中WSN节点定位精度和效率不高,且对占用资源较多的参考节点需求较大的问题,提出了基于最小二乘距离修正与子图融合的分布式节点定位算法,算法首先根据参考节点邻域范围将WSN无向图划分为多个子图,然后在子图内修正锚节点跳距计算式并基于最小二乘距离修正构建未知节点定位的目标函数,同时在迭代过程中进一步通过最小二乘节点位置进行修在较少的参考节点需求或较小的通信半径下可以取得最优的定位精度和时间,且对不同节点规模的WSN网络具有较好的适应性。

关键词：无线传感器网络分布式定位距离误差加权和融合修正

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无线网络中的分布式定位算法研究

无线网络中的分布式定位算法研究

作者：李彬北京理工大学

学位级别：硕士

位置感知能力已成为无线网络的重要特征之一，无线定位技术已被广泛应用于军事、商业和公共服务等各方面。无线定位技术主要包括两类，分别基于空间卫星系统和地面无线网络。其中，基于空间卫星系统的定位技术适于室外开阔环境，而基于... 详细信息

位置感知能力已成为无线网络的重要特征之一，无线定位技术已被广泛应用于军事、商业和公共服务等各方面。无线定位技术主要包括两类，分别基于空间卫星系统和地面无线网络。其中，基于空间卫星系统的定位技术适于室外开阔环境，而基于地面无线网络的定位技术更适于室内、城市峡谷、林地等复杂环境。在定位过程中，参考节点的位置模糊和数目不足会导致很大的定位误差，甚至无法定位。传统定位技术通过布置高密度或高发射功率的参考节点来改善定位误差;而新型协作定位技术则通过建立待定位节点间的对等通信和测量来提高定位精度，同时提高定位可用性和可靠性。此外，集中式定位方法在大型网络中通信开销大、扩展性差，对节点故障敏感;而分布式定位方法具有更好的可扩展性和鲁棒性，在协作定位技术中更具吸引力。本文对无线网络中的分布式定位算法展开深入研究。首先研究了传统定位技术中参考节点位置模糊下的分布式定位，进而研究了新型协作定位技术中基于消息传递的分布式定位，最后扩展至分布式联合定位与跟踪。本文主要创新与贡献如下：1.针对定位网络中参考节点存在位置模糊问题，提出了一种基于期望最大算法的分布式定位方法。通过期望最大算法实现了待定位节点位置的最大似然估计。采用最小化Kullback-Leibler距离方法将参考节点位置误差的后验概率分布转化成圆对称高斯分布，获得了E-step的闭式表达式。采用泰勒级数对第一类超几何流函数进行展开，并推导出了M-step在一阶和二阶展开下的闭式解。最后，对提出算法的性能和计算复杂度进行了分析。2.针对传统定位技术中由于参考节点数量少、发射功率低造成的待定位节点无法定位问题，提出了两种基于高斯消息传递算法的分布式协作定位方法。根据网络中所有节点位置变量的联合后验概率分布，建立其对应的因子图表示，并通过消息传递算法获得位置后验概率分布。从非线性模型下的消息近似和线性化模型两方面，分别推导得到了因子图上各消息和各节点位置后验概率分布的高斯表达式，有效降低了网络的通信开销和计算复杂度，提高了协作定位在实际工程应用中的可行性。两种提出方法具体如下：（1）第一种方法是非线性模型下的高斯消息传递分布式协作定位。引入位置变量各维的独立性约束，并通过对包含观测的因式节点到变量节点这类消息的近似，推导出该类消息的高斯闭式表达式，进而推导出从变量节点到因式节点消息及位置后验概率分布的高斯表达式。本文分别推导了参考节点准确和模糊两种情况下的消息更新表达式，并分析了算法在准确消息传递和广播消息传递两种消息传递方案下的性能、通信开销及计算复杂度。（2）第二种方法是模型线性化下的高斯消息传递分布式协作定位。节点的位置变量被当成向量。采用状态空间模型对节点的位置状态变化进行建模，并对非线性观测方程进行线性化近似，得到线性的节点位置状态空间模型。基于线性状态空间模型，建立对应的因子图表示，并推导因子图上的各消息和位置的后验概率分布，其结果均为多维高斯分布。最后，分析了算法在动态网络、静态网络，以及在准确消息传递和广播消息传递两种消息传递方案下的性能、通信开销及计算复杂度。3.针对网络中定位与跟踪问题，提出了一种基于高斯消息传递的分布式联合定位与跟踪方法。建立网络中所有节点位置联合后验概率分布的因子图表示。借助于广播消息传递方案下的高斯消息传递协作定位方法，更新因子图上的所有消息和位置后验概率分布。由于目标节点的被动性和非协作性，与目标节点相关局部因子图上的消息计算和传输需要通过其他非目标节点来完成。然而，每个非目标节点通常无法获得因子图上所有与目标节点相关的消息。所以，非目标节点通过采用平均consensus算法分布式计算目标节点位置后验概率分布的均值和方差，同时完成整个因子图上的消息传递。最后，分析了该分布式联合定位与跟踪算法的性能。

关键词：分布式定位协作定位目标跟踪高斯消息传递无线网络

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基于半定规划的WSAN分布式定位技术研究

基于半定规划的WSAN分布式定位技术研究

作者：王静西南交通大学

学位级别：硕士

无线传感与激励网络（Wireless Sensor and Actuator Network, WSAN）是一种在WSN（Wireless Sensor Network）中引入激励器节点（actuators）而形成的功能更加完善的网络。这种网络通过激励节点之间以及激励节点与传感节点之间的互相... 详细信息

无线传感与激励网络（Wireless Sensor and Actuator Network, WSAN）是一种在WSN（Wireless Sensor Network）中引入激励器节点（actuators）而形成的功能更加完善的网络。这种网络通过激励节点之间以及激励节点与传感节点之间的互相协同来完成对网络环境中的信息的感知、处理,并做出相应的反馈行为。在某种意义上,WSAN不仅能够对物理世界的信息进行感知,同时能够做出改变物理世界的行为。由于微电子技术、嵌入式技术及无线通信技术的发展,WSAN中节点的成本、功耗都有所降低,感知和传输能力大大提高,因此应用网络规模也越来越大。与此同时,WSAN的重要支撑技术——节点定位技术也面临基于新的网络特点的新挑战。结合WSAN网络的定位需求,基于对传统定位算法的分析研究,本文重点研究了在静态WSAN中基于半定规划的大规模网络分布式定位算法。首先,简要介绍了WSAN网络架构、节点组成、网络特点以及WSAN定位技术面临的挑战,概述了基于到达时间等几种基础测距技术及三边定位算法等几种经典定位方法。其次,分析研究了传统定位分类方法中集中式和分布式的定位分类标准以及在此两种分类标准下的六种定位经典定位算法,通过原理分析和仿真实验验证了两类算法各自存在的优缺点。然后,讨论了在WSAN网络中有噪和无噪的情况下节点定位的半定规划（Semi-definite Programming, SDP）建模问题,并指出了半定规划的定位结果可能存在高秩性以及中心汇聚问题,据此分析了经典的半定规划求精算法——梯度搜索算法。接着,概括和总结了三类现有的大规模定位算法,并选取了三种分类中的典型算法进行理论分析及仿真比较,讨论了现有的大规模网络定位算法在定位精度、定位时间上受噪声、通信半径以及锚节点分布的影响及变化情况。通过三种算法的比较给出每种算法适用的定位环境。最后,本文研究了一种新的边松弛方法,从不同角度对其在FSDP及SSDP算法中的性能进行了仿真验证。针对大规模WSAN定位问题中,基于SDP的分簇算法中部分簇会出现定位复杂度过高的问题,提出了一种新的基于边松弛的分簇定位算法—EES-Cluster。该算法通过对每一个网络簇子图进行边的松弛预处理,减少了边的数目,在网络分簇数目较少时,能有效降低定位过程的计算复杂度,同时较好地保持较高的定位精度,并减少簇头节点信息融合的功耗。通过仿真验证,EES-Cluster算法能有效降低分簇算法的复杂度,提高大规模WSAN的定位效率。

关键词：无线传感与激励网络集中式定位分布式定位半定规划边松弛

无线传感器网络中分布式定位及数据收集技术研究

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无线传感器网络中分布式定位及数据收集技术研究

作者：张桂园东北大学

学位级别：硕士

无线传感器网络以其易部署、自组织、成本低、自愈能力强等特点,在军事侦查、环境监测、医疗护理、空间探索、灾难救援等领域展现出了广阔的应用前景。节点定位是无线传感器网络众多应用得以开展的基础,数据收集是无线传感器网络的关键... 详细信息

无线传感器网络以其易部署、自组织、成本低、自愈能力强等特点,在军事侦查、环境监测、医疗护理、空间探索、灾难救援等领域展现出了广阔的应用前景。节点定位是无线传感器网络众多应用得以开展的基础,数据收集是无线传感器网络的关键支撑技术,设计适合于无线传感器网络特点的节点定位及数据收集机制具有重要意义。针对传感器节点资源受限的问题,以与邻居节点距离误差和作为效益函数,提出一种基于博弈论的分布式定位模型。给出了该博弈模型为潜在博弈的形式化证明,并从理论上证明了纳什均衡的存在性。通过与邻居节点进行策略信息交互,提出基于潜在博弈的分布式定位算法,设计了博弈策略空间的决策机制与未知节点的升级机制,以避免陷入局部最优并提高收敛速度。进一步,通过判断节点与邻居之间的测量距离和估计距离的大小关系,将节点定位问题建模为基于虚拟力的分布式定位模型。引入置信度的概念以衡量节点定位准确程度,提出基于虚拟力的分布式节点定位算法,利用置信度较高的邻居节点的推拉作用,实现全网节点的快速准确定位。一系列仿真实验验证了所提算法的有效性。在数据收集过程中,多跳通信及多对一的网络流量特征极易引起数据丢失和节点失效,严重影响数据收集的可靠性。为此,建立了基于压缩感知的节点能量消耗模型,对数据进行压缩处理,以降低网络中的数据流,提高数据收集性能。并利用无线充电技术设计了节点能量补充机制,分别提出了基于最短距离的无线充电车辆充电停留点选择算法和基于遗传算法的无线充电车辆充电停留点选择算法,以提高无线充电效率。进一步,针对数据恢复问题,提出了基于权重因子调节的正则化自适应匹配追踪算法,在无需知道信号稀疏度的情况下实现信号的精确重构。大量仿真实验验证了本文所提算法的有效性。

关键词：无线传感器网络分布式定位数据收集无线充电压缩感知

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无线传感器网络分布式定位技术研究

无线传感器网络分布式定位技术研究

作者：张金林南京航空航天大学

学位级别：硕士

无线传感器网络作为一种新型的智能网络,能够应用在许多领域。在大多数应用中,节点位置信息对网络有效的运作起到关键作用。如果没有节点位置信息,就不能获取消息来源所在地的信息,也不能给指定区域的节点发布命令,因此节点定位技术是... 详细信息

无线传感器网络作为一种新型的智能网络,能够应用在许多领域。在大多数应用中,节点位置信息对网络有效的运作起到关键作用。如果没有节点位置信息,就不能获取消息来源所在地的信息,也不能给指定区域的节点发布命令,因此节点定位技术是无线传感器网络中必不可少的支撑技术之一。在现有的节点定位技术中,很多方法都是针对规则网络提出的。但在实际情况中,受到地理条件、障碍物阻隔、环境干扰等因素的影响,很多无线传感器网络都是呈不规则的拓扑结构,而且其中的锚节点也并非均匀分散在整个网络中,可能出现部分区域密集,部分区域稀疏的情况。本文针对这些现实问题,在分析和对比了现有的定位算法之后,提出一种分布式优化定位的算法,重点研究不规则网络以及锚节点稀疏情况下的节点定位技术。在本文算法中,有两个重要概念:节点晋升和子图扩散。网络中锚节点密度对未知节点的定位有很大影响,因此在不增加实际锚节点数量的前提下,将某些完成定位的节点晋升为锚节点参与到二次定位过程中,是一种可行的方案。节点晋升策略首先寻找能改善网络拓扑结构的节点,然后分析是否合适晋升,最后通过优化处理和误差控制进行高精度的定位,既保证了节点晋升的合理性,又降低了在二次定位中引入的积累误差。在子图扩散中,主要解决锚节点稀疏情况下的定位问题。由于缺少必要的定位参考信息,未知节点不能一次完成全局定位,而是从局部相对定位开始,逐步扩散到整个网络,最后将相对坐标转换为全局坐标,完成定位。在这两个核心概念里面,本文还增加了网络区域分割和节点间跳距优化的方法,进一步改善了定位效果。最后,通过设计开发的无线传感器网络节点定位仿真软件,设置节点总数为100个,分别在规则网络和不规则网络中,锚节点密度从5%5%范围变化时,依次给出几种算法的误差对比,由此验证了本文算法的优越性。尤其是在不规则网络和锚节点稀疏网络中,本文算法受节点拓扑结构影响较小,能得到较好的定位效果。

关键词：无线传感器网络节点定位分布式定位节点晋升子图扩散

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基于协同资源管理的分布式定位算法

电子信息对抗技术 2018年第4期33卷 1-5,62页

作者：陈鸣刘湘德林睿电子信息控制重点实验室成都610036

定位准确度和定位时间是衡量目标定位算法最重要的两个因素。目前,有关目标定位算法的研究多是以提高定位准确度为目标,对于定位时间的缩短则鲜有涉及。针对该问题,从缩短定位时间的角度出发,提出一种基于协同资源管理的分布式定位算法... 详细信息

定位准确度和定位时间是衡量目标定位算法最重要的两个因素。目前,有关目标定位算法的研究多是以提高定位准确度为目标,对于定位时间的缩短则鲜有涉及。针对该问题,从缩短定位时间的角度出发,提出一种基于协同资源管理的分布式定位算法,将多点间松散的数据以资源的形式有效组织,根据目标定位算法能够快速获得所需信息,进而计算得到目标实际位置。最后,通过仿真验证了该方法的有效性。结果表明,提出的新方法能有效缩短目标定位时间且准确度良好。

关键词：资源管理信息交互分布式定位

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一种新型无线传感器网络分布式定位算法

无线电通信技术 2012年第3期38卷 14-17页

作者：杨小勇杨荣李彬国家无线电频谱管理研究所陕西西安710061 西安交通大学智能网络与网络安全教育部重点实验室陕西西安710049

针对无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的低成本、低耗能以及准确定位的需求,提出了一种射频干涉与测量多普勒频偏相结合的节点定位方法。该方法中移动锚节点通过2次交叉运动,产生多普勒效应并与静止锚节点形成射频干涉场;... 详细信息

针对无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的低成本、低耗能以及准确定位的需求,提出了一种射频干涉与测量多普勒频偏相结合的节点定位方法。该方法中移动锚节点通过2次交叉运动,产生多普勒效应并与静止锚节点形成射频干涉场;未知节点通过测量自身低频干涉信号的瞬时频率的变化规律,获得定位相关信息进而实现节点定位。仿真实验结果表明该方法可以实现预期的定位,且定位精度较高;同时,定位算法简单,运算量小,能耗小,尤其适用于大范围分布的大量节点进行定位。

关键词：无线传感器网络分布式定位移动锚节点射频干涉多普勒效应