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短波辐射源到达时差定位与极限性能分析及优化

短波辐射源到达时差定位与极限性能分析及优化

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作者：马跃西安电子科技大学

学位级别：硕士

短波通信是电磁波通过大气电离层反射、折射完成信息传输的一种通信方式,它不需中继站和网络枢纽,具有更好的抗干扰、抗摧毁性,且具有超视距传播的优点,在军事情报获取、敌方目标侦察、远程航线飞行中具有不可替代的优势。由于电离层对... 详细信息

短波通信是电磁波通过大气电离层反射、折射完成信息传输的一种通信方式,它不需中继站和网络枢纽,具有更好的抗干扰、抗摧毁性,且具有超视距传播的优点,在军事情报获取、敌方目标侦察、远程航线飞行中具有不可替代的优势。由于电离层对电磁波传播的影响非常复杂,使得对短波辐射源的被动定位成为电子侦察领域的一项亟需解决的难题。论文基于电离层电子密度均匀分层的假设,围绕到达时间差定位方法,研究更接近实际情况的复杂电离层模型下的定位方法和误差极限性能,并从布站角度研究提升定位性能的方法。论文的主要工作和贡献包括:1)在单层电离层模型下,针对双跳传播模式的定位问题,推导出地面距离与群路径的解析表达式,从而将定位问题描述为一个有约束的优化问题,并结合几何特征推导出这一定位方法的克拉美-罗界的计算公式,给出双跳传播模式下短波定位方法的极限性能;2)由于单层电离层模型与实际电离层差异较大,不能真实反映定位算法的性能,引入Bradley/Dudeney三层电离层模型,给出基于到达时差定位的数学模型,对其进行优化求解,得到辐射源的位置信息,并推导出这一复杂模型下定位方法的克拉美-罗界的计算公式,使得辐射源目标定位的理论极限性能更加接近真实值;3)为了提升定位性能,在最小化几何精度因子准则下,对最优布站问题进行建模,将其描述为一个复杂的非线性优化问题,并基于黄金正弦指引机制(Golden Sine Guidance Mechanism,GSGM)提出了一种黄金正弦粒子群算法,通过黄金正弦指引机制的引导,对粒子个体进行速度与位置的二次更新,克服了现有粒子群算法易陷入局部最优和收敛慢的缺点,从而提高了优化布站的精度和时效。

关键词：短波通信到达时间差定位克拉美-罗界黄金正弦粒子群算法最优化布站

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基于DV-Hop的WSN节点定位技术研究

基于DV-Hop的WSN节点定位技术研究

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作者：杨子琴江南大学

学位级别：硕士

无线传感器网络(Wireless sensor networks,WSN)作为物联网感知层的一个核心技术,随着研究人员对物联网领域研究热度提高,WSN也得到了越来越多关注。WSN在多个领域得到了广泛应用,如精准农业、环境治理、医疗卫生等领域。大多数应用场... 详细信息

无线传感器网络(Wireless sensor networks,WSN)作为物联网感知层的一个核心技术,随着研究人员对物联网领域研究热度提高,WSN也得到了越来越多关注。WSN在多个领域得到了广泛应用,如精准农业、环境治理、医疗卫生等领域。大多数应用场景需要传感器或设备的位置信息。而节点定位技术可以获取传感器或设备的具体位置,因此定位技术在WSN中具有十分重要的地位。DV-Hop算法是一种普遍应用于实际的定位技术,其具有不依赖测距技术、定位成本低廉和复杂度低等优点,因此对DV-Hop算法进行研究具有较高研究价值。本文阐述了DV-Hop算法定位原理,从理论上分析了其定位误差来源,为减少定位误差,提出了一些改进方案,主要工作内容为:为了降低因跳数和跳距计算方式导致的定位误差,提出了基于跳距加权的DV-Hop定位算法。在该方法中,首先利用双通信半径对单个跳数值细分,从而得到更准确跳数值;然后在不同节点跳数值范围,利用不同平均跳距分别计算节点间距离,并且利用跳距和通信半径比值作为新的权重,用于控制不同锚节点对跳距的影响;最后利用最小二乘法计算节点位置。通过仿真实验,说明此改进策略可以提高算法定位精度。为了降低因采用最小二乘法求解未知节点位置而导致的定位误差,提出了基于黄金正弦粒子群的DV-Hop算法。该方法利用黄金正弦粒子群算法估计节点位置。黄金正弦粒子群算法是对惯性权重和位置更新方式两方面改进,首先利用指数函数实现惯性权重非线性递减,并加入一个随机数对其动态调整,最后根据黄金正弦优化算法原理对粒子位置更新。测试函数结果证明,黄金正弦粒子群算法具有良好寻优能力。在同样仿真条件下,所提出改进DV-Hop算法有效地降低了定位误差。为了降低定位成本以及节点分布不均导致的定位误差,提出了基于移动锚节点的DV-Hop算法。该方法使用一个移动锚节点按照规划路径对网络中节点定位。其主要工作是利用改进蚁狮优化算法选取虚拟锚节点位置,并根据旅行商问题获取这些虚拟锚节点间最短移动路径。改进蚁狮优化算法提出利用黑洞策略和反向学习对蚂蚁位置更新,可以提高算法收敛速度和种群多样性。测试函数结果表明,改进蚁狮优化算法具有良好寻优能力。在相同的测试条件下,所提出基于移动锚节点的路径规划与其它静态路径规划相比,在虚拟锚节点个数、路径长度以及定位精度上具有更好性能。

关键词：节点定位改进DV-Hop算法跳距加权黄金正弦粒子群算法改进蚁狮优化算法

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