本文關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)中的分布式定位算法研究

  更多相關(guān)文章： 分布式定位 協(xié)作定位 目標(biāo)跟蹤 高斯消息傳遞 無線網(wǎng)絡(luò)

【摘要】：位置感知能力已成為無線網(wǎng)絡(luò)的重要特征之一，無線定位技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于軍事、商業(yè)和公共服務(wù)等各方面。無線定位技術(shù)主要包括兩類，分別基于空間衛(wèi)星系統(tǒng)和地面無線網(wǎng)絡(luò)。其中，基于空間衛(wèi)星系統(tǒng)的定位技術(shù)適于室外開闊環(huán)境，而基于地面無線網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)更適于室內(nèi)、城市峽谷、林地等復(fù)雜環(huán)境。在定位過程中，參考節(jié)點的位置模糊和數(shù)目不足會導(dǎo)致很大的定位誤差，甚至無法定位。傳統(tǒng)定位技術(shù)通過布置高密度或高發(fā)射功率的參考節(jié)點來改善定位誤差；而新型協(xié)作定位技術(shù)則通過建立待定位節(jié)點間的對等通信和測量來提高定位精度，同時提高定位可用性和可靠性。此外，集中式定位方法在大型網(wǎng)絡(luò)中通信開銷大、擴展性差，，對節(jié)點故障敏感；而分布式定位方法具有更好的可擴展性和魯棒性，在協(xié)作定位技術(shù)中更具吸引力。 本文對無線網(wǎng)絡(luò)中的分布式定位算法展開深入研究。首先研究了傳統(tǒng)定位技術(shù)中參考節(jié)點位置模糊下的分布式定位，進而研究了新型協(xié)作定位技術(shù)中基于消息傳遞的分布式定位，最后擴展至分布式聯(lián)合定位與跟蹤。本文主要創(chuàng)新與貢獻如下： 1.針對定位網(wǎng)絡(luò)中參考節(jié)點存在位置模糊問題，提出了一種基于期望最大算法的分布式定位方法。通過期望最大算法實現(xiàn)了待定位節(jié)點位置的最大似然估計。采用最小化Kullback-Leibler距離方法將參考節(jié)點位置誤差的后驗概率分布轉(zhuǎn)化成圓對稱高斯分布，獲得了E-step的閉式表達式。采用泰勒級數(shù)對第一類超幾何流函數(shù)進行展開，并推導(dǎo)出了M-step在一階和二階展開下的閉式解。最后，對提出算法的性能和計算復(fù)雜度進行了分析。 2.針對傳統(tǒng)定位技術(shù)中由于參考節(jié)點數(shù)量少、發(fā)射功率低造成的待定位節(jié)點無法定位問題，提出了兩種基于高斯消息傳遞算法的分布式協(xié)作定位方法。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點位置變量的聯(lián)合后驗概率分布，建立其對應(yīng)的因子圖表示，并通過消息傳遞算法獲得位置后驗概率分布。從非線性模型下的消息近似和線性化模型兩方面，分別推導(dǎo)得到了因子圖上各消息和各節(jié)點位置后驗概率分布的高斯表達式，有效降低了網(wǎng)絡(luò)的通信開銷和計算復(fù)雜度，提高了協(xié)作定位在實際工程應(yīng)用中的可行性。兩種提出方法具體如下： （1）第一種方法是非線性模型下的高斯消息傳遞分布式協(xié)作定位。引入位置變量各維的獨立性約束，并通過對包含觀測的因式節(jié)點到變量節(jié)點這類消息的近似，推導(dǎo)出該類消息的高斯閉式表達式，進而推導(dǎo)出從變量節(jié)點到因式節(jié)點消息及位置后驗概率分布的高斯表達式。本文分別推導(dǎo)了參考節(jié)點準確和模糊兩種情況下的消息更新表達式，并分析了算法在準確消息傳遞和廣播消息傳遞兩種消息傳遞方案下的性能、通信開銷及計算復(fù)雜度。 （2）第二種方法是模型線性化下的高斯消息傳遞分布式協(xié)作定位。節(jié)點的位置變量被當(dāng)成向量。采用狀態(tài)空間模型對節(jié)點的位置狀態(tài)變化進行建模，并對非線性觀測方程進行線性化近似，得到線性的節(jié)點位置狀態(tài)空間模型�；诰�性狀態(tài)空間模型，建立對應(yīng)的因子圖表示，并推導(dǎo)因子圖上的各消息和位置的后驗概率分布，其結(jié)果均為多維高斯分布。最后，分析了算法在動態(tài)網(wǎng)絡(luò)、靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，以及在準確消息傳遞和廣播消息傳遞兩種消息傳遞方案下的性能、通信開銷及計算復(fù)雜度。 3.針對網(wǎng)絡(luò)中定位與跟蹤問題，提出了一種基于高斯消息傳遞的分布式聯(lián)合定位與跟蹤方法。建立網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點位置聯(lián)合后驗概率分布的因子圖表示。借助于廣播消息傳遞方案下的高斯消息傳遞協(xié)作定位方法，更新因子圖上的所有消息和位置后驗概率分布。由于目標(biāo)節(jié)點的被動性和非協(xié)作性，與目標(biāo)節(jié)點相關(guān)局部因子圖上的消息計算和傳輸需要通過其他非目標(biāo)節(jié)點來完成。然而，每個非目標(biāo)節(jié)點通常無法獲得因子圖上所有與目標(biāo)節(jié)點相關(guān)的消息。所以，非目標(biāo)節(jié)點通過采用平均consensus算法分布式計算目標(biāo)節(jié)點位置后驗概率分布的均值和方差，同時完成整個因子圖上的消息傳遞。最后，分析了該分布式聯(lián)合定位與跟蹤算法的性能。
【關(guān)鍵詞】：分布式定位 協(xié)作定位 目標(biāo)跟蹤 高斯消息傳遞 無線網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN92
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題研究背景與意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢14-17
• 1.3 本文研究內(nèi)容與章節(jié)安排17-20
• 第2章 參考節(jié)點位置模糊情況下的分布式定位20-37
• 2.1 引言20
• 2.2 基于最大似然估計的分布式定位20-23
• 2.2.1 基于位置誤差分布硬判決的最大似然估計22-23
• 2.2.2 基于位置誤差分布粒子化表示的最大似然估計23
• 2.3 基于期望最大算法的最大似然估計23-36
• 2.3.1 算法描述23-31
• 2.3.2 性能分析31-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第3章 基于高斯消息傳遞的分布式協(xié)作定位37-73
• 3.1 引言37
• 3.2 協(xié)作定位技術(shù)與因子圖上的消息傳遞37-40
• 3.2.1 協(xié)作定位技術(shù)的概念37-38
• 3.2.2 因子圖表示38-39
• 3.2.3 和積算法39-40
• 3.3 非線性模型下的高斯消息傳遞分布式協(xié)作定位40-57
• 3.3.1 算法描述40-51
• 3.3.2 性能分析51-57
• 3.4 線性化模型下的高斯消息傳遞分布式協(xié)作定位57-72
• 3.4.1 算法描述57-65
• 3.4.2 性能分析65-72
• 3.5 本章小結(jié)72-73
• 第4章 基于高斯消息傳遞的分布式聯(lián)合定位與目標(biāo)跟蹤73-85
• 4.1 引言73
• 4.2 算法描述73-80
• 4.3 性能分析80-84
• 4.4 本章小結(jié)84-85
• 第5章 總結(jié)與展望85-88
• 5.1 本文主要貢獻與創(chuàng)新85-86
• 5.2 未來研究展望86-88
• 參考文獻88-94
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單94-96
• 致謝96-97

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 任小偉;;載波相位差分相對定位的模糊度求解[J];導(dǎo)航定位學(xué)報;2014年01期

2 聞長遠;岳富占;仇躍華;;高軌GPS信號可用性分析[J];電子設(shè)計工程;2014年02期

3 萬紅霞;鞏應(yīng)奎;劉炳成;;基于轉(zhuǎn)發(fā)體制的衛(wèi)星導(dǎo)航定位性能仿真與分析[J];電子設(shè)計工程;2014年01期

4 郇浩;陶選如;陶然;程小康;董朝;李鵬飛;;多普勒頻率變化率快速最大似然估計輔助的高動態(tài)載波跟蹤環(huán)路[J];電子與信息學(xué)報;2014年03期

5 余宜珂;王萌;郭偉;馬利華;魏照;;GNSS接收機中頻帶通濾波器群時延對偽距測量影響的研究[J];電子測量技術(shù);2014年03期

6 莊新慶;鄒緒平;應(yīng)士君;;北斗船用接收機電磁兼容電路設(shè)計與研究[J];電子設(shè)計工程;2014年05期

7 袁海義;周浚哲;郝永平;王磊;;GPS衛(wèi)星可見性預(yù)測與接收機的快速定位[J];成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化;2014年01期

8 崔留爭;高思遠;賈宏光;儲海榮;姜瑞凱;;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助卡爾曼濾波在組合導(dǎo)航中的應(yīng)用[J];光學(xué)精密工程;2014年05期

9 孫福余;張鵬;徐亞明;鄒進貴;;載波相位測量原理及在GPS軟件接收機上的實現(xiàn)[J];測繪通報;2014年04期

10 李健;鄒浩杰;陳杰;;多星座衛(wèi)星導(dǎo)航接收機跟蹤通道結(jié)構(gòu)改進[J];電訊技術(shù);2014年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 來欣;武旭光;張磊;;一種基于卡爾曼濾波的GNSS/WSN融合定位算法[A];2014第二屆中國指揮控制大會論文集（上）[C];2014年

2 韓宗延;錢偉康;何福玉;;基于二維平面內(nèi)智能小車定位系統(tǒng)的設(shè)計[A];2014航空試驗測試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2014年

3 趙新曙;王前;;壓制式干擾對GNSS接收機的影響及應(yīng)對策略[A];第五屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集-S2 衛(wèi)星導(dǎo)航信號體制及兼容與互操作[C];2014年

4 胡鐵喬;張寶玲;姜雪瑤;;基于盲波束形成的GPS弱信號捕獲方法[A];第五屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集-S7 北斗/GNSS用戶終端技術(shù)[C];2014年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 郭文飛;抗干擾GPS接收系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)[D];武漢大學(xué);2011年

2 崔留爭;MEMS-SINS/GPS組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所);2014年

3 李智奇;時頻信號的相位比對與處理技術(shù)[D];西安電子科技大學(xué);2012年

4 李洋;地圖信息識別和地圖匹配算法的研究[D];北京交通大學(xué);2013年

5 蘇先禮;GNSS完好性監(jiān)測體系及輔助性能增強技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2013年

6 曹曉倩;面向病態(tài)場景圖像對的立體匹配算法研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機械研究所）;2014年

7 曲博;BOC和CBOC調(diào)制信號偽碼跟蹤方法研究[D];華中科技大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 卓強輝;基于S3C6410的北斗手持終端顯控系統(tǒng)設(shè)計[D];西北大學(xué);2013年

2 張鵬;基于無偏灰色模糊馬爾可夫理論對邊坡位移預(yù)測的研究[D];武漢理工大學(xué);2013年

3 付建勛;基于智能天線的GPS信號采集與處理實驗系統(tǒng)[D];華中科技大學(xué);2013年

4 黃少銳;GNSS軟件接收機中室內(nèi)微弱衛(wèi)星信號捕獲技術(shù)的研究[D];華中科技大學(xué);2013年

5 馬曉玉;導(dǎo)航信號波形性能綜合評估方法研究[D];華中科技大學(xué);2013年

6 黃其祥;基于舵機控制的新型擺線推進器研究[D];浙江大學(xué);2014年

7 蔣瑩瑩;基于局域陸基導(dǎo)航系統(tǒng)接收機的基帶信號處理設(shè)計[D];南京理工大學(xué);2014年

8 黃海濤;基于VxWorks的雙GPS測向系統(tǒng)設(shè)計[D];南京理工大學(xué);2014年

9 單童;深組合系統(tǒng)中慣性輔助GPS基帶技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2014年

10 趙婉璐;BDS接收機捕獲與跟蹤方法的研究[D];南京理工大學(xué);2014年

本文編號：883810