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动态传播误差下的无线传感器网络跟踪定位方法

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动态传播误差下的无线传感器网络跟踪定位方法

作者：张倩长安大学

学位级别：硕士

随着无线电定位技术以及传感器技术的快速发展,目标跟踪定位已经成为一项富有挑战性的工作。在现实场景中,受到传感器自身的限制、周围环境随机噪声的影响以及网络传输误差不稳定等各种因素的干扰,目标跟踪过程中获得的测量数据常常包... 详细信息

随着无线电定位技术以及传感器技术的快速发展,目标跟踪定位已经成为一项富有挑战性的工作。在现实场景中,受到传感器自身的限制、周围环境随机噪声的影响以及网络传输误差不稳定等各种因素的干扰,目标跟踪过程中获得的测量数据常常包含着动态变化的噪声,由此带来了动态传播误差,使得信息处理更加复杂。此外,由于时间和环境条件的不断改变,系统复杂的噪声统计信息有时可能完全未知,这对于系统中目标状态的精确估计有着非常关键的影响。为此本文针对复杂的噪声环境,基于现有的理论基础,提出了几种动态传播误差下的无线传感器网络跟踪定位方法。本文的主要研究贡献如下:(1)针对高斯噪声动态变化下的单传感器节点目标跟踪问题,本文提出了一种基于无迹卡尔曼滤波和多误差模型的目标跟踪定位算法(MEM-UKF)。该算法考虑到复杂环境下时变传播误差引起的目标观测噪声误差的动态变化,构建了一个基于高斯噪声分布的目标观测多误差模型。然后通过融合与多误差模型对应的多个并行无迹卡尔曼滤波器的结果,得到目标的跟踪轨迹。与传统算法相比,该算法提高了动态观测噪声误差下的目标跟踪精度,更适用于复杂多变的真实跟踪场景。(2)针对高斯噪声动态变化下基于无线传感器网络的目标融合跟踪问题,本文提出了一种基于时变观测误差的无线传感器网络交互融合目标跟踪定位算法(IF-TVOE)。该算法首先针对无线传感器网络内各传感器节点的观测噪声在不同时间和不同环境下的变化,建立时变误差模型。其次采用联合观测(距离观测、角度观测以及多普勒观测)及提出的时变误差模型进行目标状态建模,得到目标状态的先验信息。最后利用协方差交互算法,融合多个传感器节点在动态误差模型下对应的多个并行无迹卡尔曼滤波器的结果,得到目标的跟踪轨迹,保证了融合结果的一致性。通过对提出的算法进行仿真实验,证明了该算法在解决动态观测噪声误差下目标跟踪问题方面的有效性。(3)针对统计信息缺失的非高斯混合观测噪声分布,研究该分布下的目标跟踪问题,本文提出了一种基于变分贝叶斯推理的时变粒子滤波跟踪定位算法(VB-TVPF)。该方法首先使用高斯噪声和瑞利噪声对非高斯的混合观测噪声建模,然后利用变分贝叶斯推理对观测噪声模型中的未知参数进行估计,最后将变分贝叶斯估计出的非高斯噪声参数应用在粒子滤波中,得到目标的跟踪轨迹。仿真实验表明,与经典的粒子滤波算法相比,该算法在目标跟踪定位性能上表现更加优越,有更好的鲁棒性。

关键词：动态传播误差跟踪定位无线传感器网络无迹卡尔曼滤波粒子滤波变分贝叶斯

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油气管道中智能机器人跟踪定位关键技术综述

仪器仪表学报 2015年第3期36卷 481-498页

作者：郭静波蔡雄胡铁华张志文清华大学电力系统国家重点实验室北京100084 机械科学研究总院北京100044

国民经济的持续快速发展对于油气供给提出了更大的需求。油气资源主要依靠管道进行运输,为保证管道运输安全可靠,需定期使用智能机器人对其进行检测。检测过程中要对智能机器人进行跟踪定位以确保知道管道内机器人的实时位置、状态,特... 详细信息

国民经济的持续快速发展对于油气供给提出了更大的需求。油气资源主要依靠管道进行运输,为保证管道运输安全可靠,需定期使用智能机器人对其进行检测。检测过程中要对智能机器人进行跟踪定位以确保知道管道内机器人的实时位置、状态,特别是发生故障如卡堵时的位置。油气管道通常为长距离管道,跟踪定位方式只能采用无缆或无线方式,其中极低频信号对于金属介质等具有良好穿透能力的特点特别适合于管道内智能机器人的跟踪定位。基于极低频磁技术的跟踪定位问题,本质上可以归纳为微弱磁信号的高分辨率探测和微弱瞬态磁信号的实时(快速)检测这两方面的问题。本文总结了油气管道中智能机器人的跟踪定位技术,介绍了国内外基于极低频技术的智能机器人跟踪定位装置;重点阐述了高分辨率磁传感器、微弱瞬态信号实时检测算法两项关键技术的研究现状,并介绍了基于极低频磁信号发射与接收的智能机器人跟踪定位系统的现有工作及未来展望。

关键词：油气管道跟踪定位极低频高分辨率磁传感器微弱瞬态信号检测

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浅海声速剖面与移动声源的跟踪定位

声学学报 2017年第1期42卷 1-13页

作者：郭晓乐杨坤德马远良西北工业大学海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航海学院西安710072

在水平非均匀分布的浅海环境中,针对移动声源跟踪时,声速剖面的变化会对声场产生影响,提出了一种利用集合卡尔曼滤波算法的声速剖面跟踪反演和移动声源跟踪定位的方法。首先,将声速剖面进行距离和深度的参数化表示,从而将对声速剖面的... 详细信息

在水平非均匀分布的浅海环境中,针对移动声源跟踪时,声速剖面的变化会对声场产生影响,提出了一种利用集合卡尔曼滤波算法的声速剖面跟踪反演和移动声源跟踪定位的方法。首先,将声速剖面进行距离和深度的参数化表示,从而将对声速剖面的跟踪转化为对声速剖面前3阶经验正交函数系数的跟踪;其次,通过将声源状态信息和声速剖面信息表示为状态变量,而将垂直线列阵接收到的声场信息作为测量值建立状态-测量模型,然后利用集合卡尔曼滤波方法对模型状态变量进行跟踪。仿真结果得出:声速剖面跟踪反演的均方根误差和移动声源跟踪定位的绝对误差都非常小,对声源的跟踪定位精度很高。并且通过增加集合样本数、增加接收信号信噪比以及增加接收阵元数目都可以提高跟踪定位结果精度。最后,利用东海实验数据对本方法进行了验证。

关键词：跟踪定位均方根误差卡尔曼滤波方法卡尔曼滤波算法阵元数目信息表示结果精度信号信噪比协方差矩阵声场分布

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舰载声纳对运动声源跟踪定位中的病态问题

自动化学报 1994年第2期20卷 218-222页

作者：贾沛璋中国科学院系统科学所

本文讨论舰载无源声纳对运动声源跟踪定位中的病态问题，提出了一种最小二乘的简单修改形式，不增加计算量，就可显著提高估计精度，并证明了这种修改算法理论上的合理性，得出了关于如何减轻病态，提高估计精度的更一般的结论．

关键词：舰载声纳运动声源跟踪定位

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智能化无线射孔节箍定位技术研究

计算机应用文摘 2024年第7期40卷 137-139页

作者：任国辉赵昕迪唐凯肖斯宇鄢士钦中国石油集团测井有限公司西南分公司重庆401139 中国石油集团测井有限公司西安710005 电子科技大学成都611731

文章研究了智能化无线射孔节箍定位技术,探讨了自动射孔导航及控制系统和自动定位点火系统的开发与应用。这些技术是中国石油集团测井有限公司在射孔技术装备研制领域的重要研究内容,旨在提高射孔作业的效率和准确性。

关键词：自动射孔设备油井射孔跟踪定位

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混合硬件跟踪定位的空间信息虚实配准

地理与地理信息科学 2010年第3期26卷 15-18页

作者：武雪玲任福杜清运中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院湖北武汉430074 武汉大学资源与环境科学学院教育部地理信息系统重点实验室湖北武汉430079

为了适应户外增强现实空间信息表达的实时性、移动性、准确性和鲁棒性,提出采用GPS结合三维电子罗盘直接获取用户头部位置和姿态数据的基于硬件跟踪设备的虚实配准方法:通过人机交互方式确定虚拟物体及属性信息在3D欧氏世界坐标系中的... 详细信息

为了适应户外增强现实空间信息表达的实时性、移动性、准确性和鲁棒性,提出采用GPS结合三维电子罗盘直接获取用户头部位置和姿态数据的基于硬件跟踪设备的虚实配准方法:通过人机交互方式确定虚拟物体及属性信息在3D欧氏世界坐标系中的位置和姿态,采用GPS结合三维电子罗盘跟踪用户头部位置和姿态,得到从世界坐标到相机坐标的转换矩阵,避免了从世界坐标系到相机坐标系的转换计算。已知相机内部参数的前提下,将相机坐标转换到2D像平面坐标,实现虚拟物体及属性信息与真实场景图像的合成显示。其中GIS为户外增强现实系统提供位置相关的虚拟信息源,而户外增强现实技术为空间信息可视化表达提供了新界面。

关键词：虚实配准跟踪定位 GIS 空间信息可视化户外AR

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低频电磁的管道内检测器跟踪定位技术

沈阳工业大学学报 2018年第1期40卷 48-53页

作者：杨理践申晗高松巍刘斌沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870

针对管道内检测器在运行过程中的跟踪定位问题,提出了基于低频电磁的管道内检测器跟踪定位方法,分析了低频磁信号传播特性和发射线圈磁场分布特点,设计了搭载在管道内检测器上的低频磁信号发射机和手持式低频磁信号接收机.采用高磁导率... 详细信息

针对管道内检测器在运行过程中的跟踪定位问题,提出了基于低频电磁的管道内检测器跟踪定位方法,分析了低频磁信号传播特性和发射线圈磁场分布特点,设计了搭载在管道内检测器上的低频磁信号发射机和手持式低频磁信号接收机.采用高磁导率坡莫合金管作为发射线圈磁芯,减少了涡流损耗,采用串联谐振提高了发射效率;设计感应式接收线圈,通过并联谐振提高了信号接收范围和信噪比.结果表明,该跟踪定位系统具有良好的稳定性和可靠性,接收信号具有对称特性.在实际工程应用中,该系统有效定位距离可达8 m,提高了管道内检测器跟踪定位范围.

关键词：低频发射线圈接收线圈管道内检测跟踪定位串联谐振并联谐振涡流损耗

多目标量化变分滤波贝叶斯WSN跟踪定位算法

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四川大学学报（自然科学版） 2015年第6期52卷 1237-1243页

作者：张睿敏陈钟李晓斌兰州工业学院软件工程学院兰州730050 北京大学信息科学技术学院北京100871 北京大学网络与软件安全保障教育部重点实验室北京100871

为进一步提高无线传感器网络节点跟踪定位精度降低能耗,提出一种多目标拥挤度差分优化的贝叶斯量化变分滤波预估WSN跟踪定位算法.首先,针对定位问题,采用贝叶斯量化变分滤波方法对目标下一位置区域进行预测,利用量化变分滤波方式选取合... 详细信息

为进一步提高无线传感器网络节点跟踪定位精度降低能耗,提出一种多目标拥挤度差分优化的贝叶斯量化变分滤波预估WSN跟踪定位算法.首先,针对定位问题,采用贝叶斯量化变分滤波方法对目标下一位置区域进行预测,利用量化变分滤波方式选取合适的定位参与节点,并设计了量化变分滤波的多目标参数优化模型.其次,针对传统多目标优化算法寻优精度不高的问题,设计了基于种群个体拥挤度状况的多目标差分进化算法,对量化变分滤波算法参数进行优化,实现了滤波参数的多目标优化.最后,通过实验仿真表明,该算法能够有效实现目标节点的跟踪定位,并可节省能量消耗.

关键词：贝叶斯多目标优化差分进化无线传感器网络跟踪定位

基于RSSI的高精度实时室内人员跟踪定位的改进

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传感器与微系统 2010年第6期29卷 89-91,97页

作者：安葳鹏沈志广潘亚锋河南理工大学计算机学院河南焦作454000

在能量有限的网络节点中,利用RSSI测距只需较少的通信开销和较低的实现复杂度。实际应用环境中,由于受不同的传播方向和传播介质的影响,在定位过程中产生的距离误差比较大。在此算法的基础上结合平滑算法,提出了增强型RSSI算法。增强型R... 详细信息

在能量有限的网络节点中,利用RSSI测距只需较少的通信开销和较低的实现复杂度。实际应用环境中,由于受不同的传播方向和传播介质的影响,在定位过程中产生的距离误差比较大。在此算法的基础上结合平滑算法,提出了增强型RSSI算法。增强型RSSI算法是将前一个RSSI的值大小与当前的做一个平滑动作,主要降低移动目标的动能波动,从而对室内的人员进行更加精确的跟踪定位,通过与简单的RSSI进行比较,仿真验证了平滑算法的定位的精确性与有效性。

关键词：无线传感器网络接收信号强度指示跟踪定位平滑算法