基于接收信号强度的分布式目标定位算法研究

发布时间：2020-05-31 20:01

【摘要】：随着传感器技术的不断发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)中的目标定位技术已经应用在军事,交通等各个领域中。目前的传感器网络定位算法中,由于节点能量有限,以及通信和带宽的影响,在比较复杂的无线传感器网络中,需要采取有效的通信策略和数据处理方式来降低传感器节点的通信量,进而延长整个网络的使用寿命。因此,提高定位的效率,减少能耗,提高鲁棒性,对于无线传感器网络有重要意义。本文将主要研究无线传感器网络中基于接收信号强度的目标定位算法。本文主要针对声源衰减模型的目标定位问题,首先阐述了两种传统的集中式声源定位算法,一种是基于最大似然估计的高斯-牛顿定位算法,一种是集中式EM算法。两种算法中,传感器网络中所有数据都发送给中心单元集中处理,该方式将会增加能耗,而且传感器网络中集中式算法鲁棒性比较差。由于集中式声源定位算法存在一定的缺点,本文接着阐述两种分布式声源定位算法,一种是基于高斯混合模型的分布式EM算法,该算法在标准EM算法的基础上,通过分布式一致性算法将算法拆解到每个节点,求得的每个全局统计量即为每个局部统计量的均值,进而得到分布式EM算法。另一种是分布式变方向拉格朗日乘子算法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM),该算法分摊信息到各个节点,传感器节点之间可以进行信息交流,最后采用一致性算法,使算法实现分布式定位。仿真结果表明,分布式算法使目标的定位性能有了很大的提升。
【图文】：

网络架构,无线传感器网络

.2 无线传感器网络结构体系对于无线传感器的实际应用这方面来说，对目标实现实时监测是主要的一个层面器网络的整个监测主体结构主要由传感器节点、数据融合中心、目标以及监测区分组成。在无线传感器网络中，传感器节点检测到的数据还需使用一定的通信方传送到外网的处理单元，，进而实现完整的检测任务[3]。所以，我们还需要对外围进行定义和说明。无线传感器网络中，外围设备主要有互联网通信设备、卫星接远程监控中心和用户组成的决策终端单元，其主要功能作用就是对融合中心发来进行处理。所有数据信息通过一层层的转发最终到达观察者终端，监测管理人员得数据信息做出最终决策。所以在研究无线传感器网络的同时，也需要了解清楚网络的基本结构，下面将给出无线传感器网络的基础架构图。无线传感器网络的整体架构如图 1.1 所示：

估计位置,下目,声源,算法

对于多个声源目标，使用 EM 算法的时候，可以分到每个单声源单独定位对每个单独声源求解一个最大似然估计，因此使得多个声源定位的话可以并行步式子中的最优化问题使用了所有传感器节点的所有数据，因此是集中式方法决了此问题。下面 2.3.3 对此问题作实际模拟仿真。2.3.3 实验仿真仿真实验中，假设在一个 200mx200m 的探测区域内，随机设置传感器节行仿真。假设在探测区域内布置 N 个传感器节点，探测环境内的噪声为符合的高斯白噪声，设定传感器节点个数 N=100。在本次仿真中，每个传感器节点数据采集，每个节点采集相同数量的目标参数数据。当 N=100 时，假设探测区域内有一个声源目标，位置坐标为(45,40)，经过代，EM 算法的估计值分布如图 2.5 所示：
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TN929.5

【参考文献】