本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜因素影響下的定位跟蹤問題研究

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【摘要】：隨著無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息處理和計(jì)算能力的迅猛發(fā)展,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn),并在越來越多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,如環(huán)境監(jiān)測、先進(jìn)制造、電子醫(yī)療、位置服務(wù)等等。無論在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中還是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中,位置信息是眾多應(yīng)用的基礎(chǔ)前提,定位技術(shù)也是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基礎(chǔ)支撐技術(shù)。而作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要應(yīng)用,目標(biāo)跟蹤無論在軍事和民用上都起著十分重要的作用。因此定位技術(shù)和跟蹤技術(shù)受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和大量研究。算法設(shè)計(jì)一直是定位與跟蹤技術(shù)的研究重點(diǎn)。研究者也已經(jīng)提出了大量的定位跟蹤算法。然而實(shí)際環(huán)境中的多種復(fù)雜因素,如非視距傳輸、多徑效應(yīng)等,給定位跟蹤帶來了諸多挑戰(zhàn)。由于信號受到復(fù)雜因素的影響,傳輸特性發(fā)生改變,無論從測量噪聲到觀測量模型等多方面都變得比較復(fù)雜,從而令基于簡單測量模型假設(shè)的算法不再適用,存在魯棒性較差、計(jì)算復(fù)雜度高、定位精度不高等缺點(diǎn)。本文考慮復(fù)雜因素對傳感器測量的影響,對定位跟蹤進(jìn)行了不同方面的研究,總結(jié)如下:1.介紹了定位跟蹤技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及復(fù)雜因素影響下的定位跟蹤面臨的挑戰(zhàn)。2.研究乘性噪聲模型下的定位跟蹤問題。與一般的加性噪聲不同,考慮了一種更加一般的乘性噪聲測量模型。基于克拉美羅下界,推導(dǎo)并分析了此種噪聲模型下的定位精度及其相關(guān)性質(zhì)。并利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此種噪聲模型的合理性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與加性噪聲相比,乘性噪聲是不可忽略的。針對移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)跟蹤問題,提出了節(jié)點(diǎn)調(diào)度策略,包括任務(wù)節(jié)點(diǎn)的選擇策略和移動(dòng)策略。最后用仿真說明所提出的節(jié)點(diǎn)調(diào)度策略可以令目標(biāo)跟蹤達(dá)到較高精度。3.研究了有界噪聲模型下的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位問題�？紤]了一種更加一般的測量噪聲模型,即假設(shè)測量噪聲有界且噪聲的界已知,進(jìn)而將定位問題描述為一個(gè)非凸優(yōu)化問題來最小化最大估計(jì)誤差。利用凸松弛,將非凸優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)凸優(yōu)化問題,并將其對偶問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)半定規(guī)劃問題。從幾何上給出了所研究的定位問題的物理意義。提出了一個(gè)分布式算法,并從理論上證明了算法的收斂性。最后通過大量的仿真結(jié)果說明了所提出的集中式和分布式算法的性能。4.研究了概率非視距環(huán)境中的定位問題。結(jié)合距離相關(guān)的視距/非視距概率,提出了一種極大似然估計(jì)定位算法。從理論上推導(dǎo)了一般視距/非視距概率模型和非視距偏差模型下的克拉美羅下界。經(jīng)過數(shù)值分析得到非視距傳輸對定位性能的影響。最后利用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù),驗(yàn)證了所提出的定位算法的性能。5.研究了多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題�？紤]由于目標(biāo)大小的影響,造成相互遮擋。通過一個(gè)簡單的三步算法判定目標(biāo)遮擋情況。利用遮擋信息,進(jìn)一步提出一種改進(jìn)聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法,降低了經(jīng)典聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法的計(jì)算復(fù)雜度。通過仿真說明該算法的跟蹤精度與經(jīng)典聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法的跟蹤精度幾乎相同,卻具有更低的計(jì)算復(fù)雜度。最后對全文進(jìn)行了總結(jié),并展望了進(jìn)一步的研究工作。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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