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基于变方差概率模型和进化计算的WSN定位算法

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软件学报 2013年第4期24卷 859-872页

作者：叶苗王宇平西安电子科技大学计算机学院陕西西安710071 桂林理工大学信息科学与工程学院广西桂林541004

定位是无线传感器网络技术和应用的重要基础.基于接收信号强度(received signal strength,简称rss)的定位方法是实际应用中比较重要的定位方法.考虑到实际应用中不同地点rss测量信号的方差有所不同这一特点,运用最大概率似然理论,建立... 详细信息

定位是无线传感器网络技术和应用的重要基础.基于接收信号强度(received signal strength,简称rss)的定位方法是实际应用中比较重要的定位方法.考虑到实际应用中不同地点rss测量信号的方差有所不同这一特点,运用最大概率似然理论,建立了更加符合实际的基于rss测量的概率定位模型.对于模型中目标表达式高度非线性不好求解的特点,运用进化计算理论设计出符合传感器通信特征的定位算法(location in probability maximum with evolutionary algorithm,简称PMEA)求解概率可能性最大的位置坐标点,并用随机过程在数学上证明了算法的收敛性.最后,通过对实际公开数据集的实验,证实所提出的概率模型和PMEA算法确实能够提高rss测距定位的精度.

关键词：传感器网络 rss定位概率模型变化方差进化算法

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加权多维标量的接收信号强度定位方法

信号处理 2013年第12期29卷 1713-1717页

作者：李万春电子科技大学成都611731

本文提出了一种利用加权多维标度的基于接收信号强度的定位方法,利用信号接收强度与目标到接收机距离之间的关系,将信号接收强度转化为距离,利用多维标度框架对辐射源定位问题进行建模,对多维标度矩阵进行子空间分解,根据信号子空间与... 详细信息

本文提出了一种利用加权多维标度的基于接收信号强度的定位方法,利用信号接收强度与目标到接收机距离之间的关系,将信号接收强度转化为距离,利用多维标度框架对辐射源定位问题进行建模,对多维标度矩阵进行子空间分解,根据信号子空间与噪声子空间的正交性,可以得到定位参数的线性方程组,根据该线性方程组的残差的统计特性,得到定位参数的加权最小二乘解。计算机仿真验证了此方法具有较好的定位性能,在接收信号强度测量精度较高时,本方法能够达到CRB界,有较强的应用价值。

关键词： rss定位加权最小二乘法多维标度

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一种通用健康监护及医疗服务机器人系统设计

中国医疗器械杂志 2010年第1期34卷 29-34页

作者：张赛董海强杜宏伟江朝晖中国科学技术大学电子科学技术系安徽合肥230027 安徽农业大学信息与计算机学院安徽合肥230036

介绍一种具备实时健康监护和简单医疗服务功能的自主机器人系统的设计。本系统将生理参数检测,传输和实时定位集成在若干便携的无线节点上,具有低成本、低功耗,易于配置维护等优点。室内环境下的实验验证了了系统的稳定性和实用性。

关键词：医疗机器人 ZigBee网络 rss定位健康参数监护

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基于动态增益的可见光定位系统研究

电子测量技术 2023年第10期46卷 6-15页

作者：程贵东蔡喜平刘健卢钰松胡延静黑龙江大学物理科学与技术学院哈尔滨150080

采用固定增益的rss可见光定位技术可探测的信号光强变化范围小,在弱信号区域定位精度很低、有效定位空间小。提出了基于动态增益的rss可见光定位系统,通过将接收电路输出信号反馈至控制电路,自动调节主放大器的增益,扩大可探测的信号光... 详细信息

采用固定增益的rss可见光定位技术可探测的信号光强变化范围小,在弱信号区域定位精度很低、有效定位空间小。提出了基于动态增益的rss可见光定位系统,通过将接收电路输出信号反馈至控制电路,自动调节主放大器的增益,扩大可探测的信号光强变化范围,提高在弱信号区域的定位精度,从而扩大有效定位空间。实验结果表明,在空间大小为1 m×1 m×1.89 m的实验环境内,可以实现在1.0 m×1.0 m×0.6 m的空间内高精度定位,相比于固定增益的定位系统有效定位空间扩大了约86.72%。在弱信号区域二维定位对比实验中,较固定增益的定位系统平均定位误差降低了47.05%。系统平均误差均小于5 cm。表明基于动态增益的rss可见光定位系统在满足室内定位精度要求的同时,可以增大定位空间范围、提高弱信号区域定位精度。

关键词：室内定位可见光定位非成像法定位 rss定位三维定位

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基于μ+λ进化计算的传感器网络定位算法

微电子学与计算机 2013年第2期30卷 9-12,17页

作者：叶苗程小辉邓昀桂林理工大学信息科学与工程学院广西桂林541004

基于接受信号强度(rss)测距的定位方法是无线传感器网络中成本低而普遍使用的方法,但容易受到干扰降低定位精度.本文通过运用贝叶斯法则对rss信号测距的概率模型进行详尽分析后,依据最大似然估计法则建立了更加合理的概率定位模型,然后... 详细信息

基于接受信号强度(rss)测距的定位方法是无线传感器网络中成本低而普遍使用的方法,但容易受到干扰降低定位精度.本文通过运用贝叶斯法则对rss信号测距的概率模型进行详尽分析后,依据最大似然估计法则建立了更加合理的概率定位模型,然后针对模型不好求解的特点,结合传感器网络传输特点设计了基于μ+λ进化计算的求解算法.最后通过仿真实验证明了建立的概率定位模型和设计的基于μ+λ进化计算求解算法能降低环境干扰的影响,提高传感器节点的定位精度.

关键词：传感器网络 rss定位贝叶斯法则最大似然估计概率模型 μ+λ进化算法

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基于动态增益的可见光定位系统实验研究

基于动态增益的可见光定位系统实验研究

作者：程贵东黑龙江大学

学位级别：硕士

近年来,随着科技的进步,室内定位技术得到了蓬勃发展。在多种室内定位技术中,可见光室内定位技术由于其精度高、成本低廉、绿色健康等优点,在众多室内定位技术中脱颖而出。目前,可见光室内定位技术已能实现较高的定位精度,但普遍定位空... 详细信息

近年来,随着科技的进步,室内定位技术得到了蓬勃发展。在多种室内定位技术中,可见光室内定位技术由于其精度高、成本低廉、绿色健康等优点,在众多室内定位技术中脱颖而出。目前,可见光室内定位技术已能实现较高的定位精度,但普遍定位空间范围较小。本文主要从可见光三维定位算法以及扩大可见光定位空间范围两个角度进行研究。可见光室内三维定位无法直接通过二维定位算法进行定位,因此本文将蛇优化算法与可见光室内三维定位结合,提出基于蛇优化算法的可见光室内三维定位算法,以解决三维定位中的非线性问题,且通过实验证明了该算法的快速高效。基于信号强度的可见光定位系统定位空间范围主要受到信号强度的影响,当信号强度较强时可见光定位系统电路会出现饱和,导致无法定位;而距离LED较远的位置信号强度较弱会使信噪比降低,导致定位误差增大,有效定位区域变小。这两种情况限制了室内定位系统定位空间范围。提出采用动态增益扩大定位空间范围,设计并研制了基于动态增益的可见光定位系统,并采用蛇优化算法完成在较大空间范围的三维室内定位实验。实验结果证明了该系统在同样情况下较固定增益定位系统有更大的定位空间范围,且能有效提高弱信号区域的定位精度。

关键词：室内定位可见光定位非成像法定位 rss定位三维定位

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基于锥规划的无线传感器网络定位算法研究

基于锥规划的无线传感器网络定位算法研究

作者：张忠义重庆三峡学院

学位级别：硕士

在无线传感器网络的诸多应用中,定位是基础性关键核心技术之一。对于大多数监测服务,没有精确的节点位置信息的感知监测数据往往是没有意义的,定位精度是一个至关重要的性能指标。定位精度主要受到噪声、节点位置误差、非视距(NLOS:Non-... 详细信息

在无线传感器网络的诸多应用中,定位是基础性关键核心技术之一。对于大多数监测服务,没有精确的节点位置信息的感知监测数据往往是没有意义的,定位精度是一个至关重要的性能指标。定位精度主要受到噪声、节点位置误差、非视距(NLOS:Non-Line-of-Sight)误差等因素的影响。在现有的信号到达时间(TOA:Time-of-Arrival)、信号接收强度(rss:Received-Signal-Strength)和信号到达时间差(TDOA:Time-Different-Of-Arrival)等定位体制中,考虑上述影响因素的定位问题数学模型往往存在非线性、非凸性,求解十分不易。近年来发展起来的锥规划理论中,基于线性锥优化的线性规划、二阶锥规划及半定锥规划问题的可计算性,诸多更为复杂的优化问题通过等价地转化为上述模型而得以计算求解,这一特性极具吸引力。如何利用锥的特殊结构,将实际定位问题的数学模型统一到可计算线性锥规划的框架中,扩大我们在理论上对一些定位问题的理解和如何实现近似计算求解,成为一个重要的值得探索的研究方向。鉴于此,本文围绕无线传感器网络中基于TOA/rss的定位优化问题,在对锥规划理论仔细梳理的基础上,针对实际定位场景中的具体问题,主要开展了以下研究工作:1、针对NLOS条件下基于rss的定位方式,传统的加权最小二乘法、线性最小二乘法存在近似变换缺点,其核心问题是最大似然估计没有全局最优解。本文引入锥规划的优化算法,在NLOS条件下构造基于最小二乘相对误差(LSRE:Least Squared Relative Error)的rss定位优化模型,引入松弛技术,将最大似然估计的非凸问题转化为凸优化问题,能够得到全局最优解,从而提高定位精度。在仿真实验中,以衡量定位精度的评价指标均方根误差为因变量,以影响定位精度的主要因子,包括噪声标准差,传感器节点数目、NLOS路径个数和最大非视距误差变化逐一作为自变量,进行了本文所提基于半定锥的rss算法与传统的加权最小二乘法、线性最小二乘法的对比分析,结果表明本文的定位算法在各种对比实验中其均方根误差都小于其它两种传统算法,即本文的基于半定锥的rss定位算法具有更好的定位精度。2、NLOS条件下利用TOA机制进行定位时,同样的,也会产生最大似然估计问题。对最大似然松弛的手段并不唯一,本文在TOA定位中引入了二阶锥规划(SOCP:Second Order Cone Programming)方法,并与半定锥规划(SDP:Semidefinite programming)定位算法进行仿真对比分析。同样的,以噪声标准差、NLOS路径个数变化情况及累计分布函数随定位误差的变化等影响定位精度的因子逐一作为自变量,进行均方根误差作为因变量的研究。仿真结果表明,在各种自变量变化的情况下,SOCP算法比SDP算法都具有更好的定位精度。这也为无线传感器网络各种定位机制开展更深入的锥规划算法研究奠定了基础。3、基于LOS/NLOS条件下利用非同步TOA定位机制求解过程中产生的非线性非凸性展开研究,主要解决了两个核心问题。首先针对TOA定位时钟不同步产生时钟漂移问题,采用一种误差消除方法,将时钟偏移变量消去,有效简化了优化问题的求解。其次针对NLOS数据对定位性能影响严重问题,采用一种有效减少NLOS误差方法,研究一种NLOS路径信息已知时基于凸松弛的TOA定位改进算法。与NLOS路径信息未知时基于凸松弛的TOA定位改进算法,在NLOS路径数目、噪声标准差、NLOS误差大小的变化作为自变量,均方根误差作为因变量下,进行了仿真对比分析,仿真结果表明方法可以有效降低NLOS数据影响,提高定位算法性能。

关键词：无线传感器网络锥规划 TOA定位 rss定位 NLOS误差

铁路无线电通信GSM-R干扰源探测与定位技术研究

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铁路无线电通信GSM-R干扰源探测与定位技术研究

作者：林伟电子科技大学

学位级别：硕士

GSM通信系统是目前运用最广泛的移动通信标准,GSM通信系统经过庞大的用户群和长时间的商用考验,已经发展成为一种极其成熟的通信标准。基于此原因,国际铁路联盟(UIC)和欧洲电信组织(ETSI)于1993年商定,欧洲各国新一代铁路通讯系统将采用... 详细信息

GSM通信系统是目前运用最广泛的移动通信标准,GSM通信系统经过庞大的用户群和长时间的商用考验,已经发展成为一种极其成熟的通信标准。基于此原因,国际铁路联盟(UIC)和欧洲电信组织(ETSI)于1993年商定,欧洲各国新一代铁路通讯系统将采用以GSM Phrase 2+为规范的GSM-R通信系统。2000年,我国铁道部确定将逐步发展GSM-R通信系统替代老旧的铁路通信系统。GSM-R通信系统为铁路运输提供通信保障,特殊的用途对通信的安全性有非常高的要求,基于此,本文在通信系统的干扰探测、抑制、干扰源定位方面进行了深入研究。本文的主要贡献有:(1)本文分别推导了考虑和不考虑多普勒频移两种情况下的CRLB,针对铁路高速运动有可能造成高多普勒频移的问题,分析了多普勒频移的影响并得出结论,定位目标移动速度低于500Km/h,多普勒频移对rss定位精度的影响可以忽略不计。基于WINNER-II路径损耗模型,系统频率是路径损耗的关键参数,rss定位算法将随路径损耗信息的变化具有不同的定位结果信息。本文基于WINNER-II模型展开了多普勒频移对定位精度影响的研究。(2)本文设计了一种干扰源探测、定位和抑制方案,仿真验证了方案的有效性。为判定GSM-R通信系统是否存在干扰,本文基于话务统计和路测展开对干扰探测的研究;针对根除和抑制干扰需要干扰源位置信息的需求,本文基于阵列信号处理、MUSIC谱估计和双基站AOA定位技术提出了一种干扰源定位算法,用于估计干扰源位置信息;针对探测到干扰后的抑制问题,本文采用阵列信号处理技术,利用空域滤波的方案对干扰方向来波信号进行抑制,保障正常通信。(3)本文提出了具有闭式解的rss定位算法,同时推导了相应的随机CRLB。针对rss定位算法的优点,区别于前面基于阵列信号处理的定位算法,本文同时提出了基于无需阵列天线硬件支持的rss干扰源定位算法。发射功率和路径损耗因子是rss定位算法的关键参数。针对发射功率和路劲损耗因子为常量的情况,本文将两步加权最小二乘算法引用到rss定位算法中。考虑到铁路通信干扰源是非合通信,干扰源发射功率往往未知,针对发射功率和路径损耗因子未知的情况,本文将发射功率作为未知参数,同时将路径损耗因子建模为高斯分布随机数,给出了具有闭式解的rss定位算法并推导了相应的随机CRLB。

关键词： GSM-R 干扰抑制 rss定位随机CRLB

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地空一体化无线电监测的无源探测与定位研究

地空一体化无线电监测的无源探测与定位研究

作者：彭志威华中科技大学

学位级别：硕士

在城市复杂的电磁环境下,地面无线电监测系统在查处非法无线电设备时,存在定位精度差且查处效率低的缺点,还可能面临监测盲区,因此急需构建地空一体化的无线电监测系统,以消除监测盲区,实现对非法无线电设备的高效准确定位。本文围绕地... 详细信息

在城市复杂的电磁环境下,地面无线电监测系统在查处非法无线电设备时,存在定位精度差且查处效率低的缺点,还可能面临监测盲区,因此急需构建地空一体化的无线电监测系统,以消除监测盲区,实现对非法无线电设备的高效准确定位。本文围绕地空一体化的无线电监测中的信号检测和无源定位展开了如下工作:(1)研究了基于功率谱的信号检测。首先研究了估计功率谱密度的周期图法及其改进算法并对得到的功率谱进行了平滑预处理。然后研究了分别基于功率带宽联合门限法和模板匹配法的信号检测。仿真实验表明,模板匹配法的检测性能更好。最后针对模板匹配法计算量较大的缺点,结合模板数据的特点,提出了一种基于差分求和的快速模板匹配法,有效减少了实时计算量,提高了信号检测的实时性。(2)研究了地面无线电监测常用的基于比幅测向的测向交叉定位。首先针对常见比幅测向在实际应用中因天线阵列的各个天线难以满足一致性、天线之间存在耦合作用等因素而测向精度差,提出了高测向精度的相关比幅测向,提高了比幅测向的适用性,并通过仿真验证了其有效性。然后介绍了二维平面和三维空间下的测向交叉定位原理,并将几何稀释度GDOP(Geometric Dilution Precision)作为定位精度指标对影响其定位精度的因素进行了仿真分析。最后将最小二乘滤波应用于对运动辐射源的跟踪,用仿真证明了其有效性并对影响其滤波性能的因素进行了仿真分析。(3)研究了在辐射源功率和路径损耗指数均未知时的rss(Received Signal Strength)定位,一种适合部署在小型无人机平台上的定位体制。针对传统的基于网格搜索法的rss定位的定位实时性差,提出了基于DEU(Direction of Exponent Uncertainty)的rss定位。首先介绍并证明了DEU现象。然后将DEU应用于rss远端测向。最后将DEU应用于rss远端定位,并与基于网格搜索法的rss定位进行了性能比较,仿真结果表明,基于DEU的rss远端定位有着相当的定位精度且定位时间大幅减少,可满足基于小型无人机的空中无线电监测系统对定位实时性的要求。

关键词：模板匹配比幅测向测向交叉定位最小二乘滤波 rss定位