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无线传感器网络定位技术研究

作　者: 张书朋
导　师: 李向阳
学　校: 华南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无线传感器网络定位算法系统辨识三边循环法极大似然估计器 Fisher信息矩阵
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 242次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

无线传感器网络具有非常广阔的应用前景,是二十一世纪最重要的技术之一,其中,定位技术是无线传感器网络的关键技术之一,节点采集的信息必须与节点的位置结合,节点的位置信息也是传感器网络的一些系统功能和服务性应用的前提。本文深入讨论传感器节点定位技术。介绍了无线传感器网络的典型的定位算法,并在精度、能耗等方面做出比较。作者根据无线射频信号传播的特点,查阅整理的相关技术文献,在此基础上提出并设计了基于接收信号强度的参数自辨识定位算法。基于RSSI的定位算法属于基于测距的定位算法,根据信号传播过程中的衰减估计节点间的距离,然后在此基础上估计未知节点的位置。由于射频信号传播的不确定性,以及网络所在环境的多样性,因此要求算法应该具有自适应性,能够在不同的网络环境下有比较好的定位结果。作者在大量的实验基础上,对信号数据进行分析,提出了一种基于信号强度,能够实现参数识别的定位算法,该算法具有普适性。用系统辨识加权最小二乘法在线修正了射频信号传播衰减理论模型,利用测距误差做为反馈加权系数,在线修正网络环境的特征参数。然后再利用三边循环法估计未知节点的位置。仿真实验表明,该算法能够实时快速的反映外部网络环境的变化,在线辨识出网络环境参数,减少了参数的配置时间。同时,算法能够比较好的减少测距误差,提高定位精度。然后论文讨论了定位算法的概率模型,推导了节点间距离的概率密度函数,建立了未知节点定位的概率模型,用极大似然估计器估计节点位置,并用Fisher信息矩阵对估计器的定位精度和方差进行了分析。最后,总结了我所做研究工作并对后续研究内容作了展望。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 研究背景  10
  1.2 无线传感器网络定位算法研究现状  10-12
  1.3 论文的主要工作与篇章结构  12-14
第二章无线传感器网络概述  14-22
  2.1 无线传感器网络体系结构  14-18
    2.1.1 无线传感器网络节点结构  14-15
    2.1.2 无线传感器网络结构  15-16
    2.1.3 无线传感器网络协议栈  16-18
  2.2 无线传感器网络的特点及其应用  18-21
    2.2.1 无线传感器网络的特点  18-19
    2.2.2 无线传感器网络的应用  19-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章无线传感器网络节点定位技术  22-35
  3.1 节点定位技术概述  22-24
    3.1.1 基本概念  22-23
    3.1.2 节点定位算法分类  23-24
  3.2 定位的基本方法  24-26
    3.2.1 三边测量法  24-25
    3.2.2 三角测量法  25
    3.2.3 极大似然估计法  25-26
  3.3 定位算法分析  26-31
    3.3.1 无需测距的定位算法  26-28
    3.3.2 基于测距的定位算法  28-31
  3.4 定位技术性能评价  31-32
  3.5 基于测距的定位算法比较  32-33
  3.6 本章小结  33-35
第四章基于测距的定位算法研究  35-56
  4.1 基于RSSI的测距模型  35-43
    4.1.1 系统辨识在定位中的应用  36-37
    4.1.2 环境参数的识别  37-42
      4.1.2.1 最小二乘法  37
      4.1.2.2 加权最小二乘法参数辨识  37-41
      4.1.2.3 参数辨识过程的大样本分析  41-42
    4.1.3 距离估计  42-43
  4.2 改进的定位模型  43-49
    4.2.1 改进的三边定位法  44-45
    4.2.2 定位精度比较  45-49
  4.3 基于测距定位算法的概率模型  49-54
    4.3.1 测距的概率模型  49-51
    4.3.2 定位算法的概率模型  51-53
    4.3.3 概率模型的定位方差估计  53-54
  4.4 本章小结  54-56
总结与展望  56-58
参考文献  58-63
攻读硕士学位期间发表的论文  63-64
致谢  64

无线传感器网络定位技术研究

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