基于质点弹簧和卡尔曼滤波的无线传感器网络定位研究

发布时间：2021-09-22 03:17

　　无线通信技术和集成电路的快速发展使得无线传感器节点的尺寸越来越小,功能却越来越强大,这大大加快了无线传感器网络应用的脚步。而对于无线传感器网络的内部服务和外部应用来说,节点的位置信息常常是十分有用甚至必不可少的,所以节点的定位成为了研究热点。定位可以分为测距和非测距定位,其中测距定位要进行距离或者角度的测量,能够取得较高的定位精度,而非测距定位利用网络的连通信息进行定位,不需要为节点安装测距设备,节约了成本并降低了功耗,但因定位精度较低而使其应用范围受到一定限制。为了得到定位精度较高的非测距定位算法,本文重点对质心算法和DV-Hop算法进行了研究,将广泛应用于测距定位中的质点弹簧模型和扩展卡尔曼滤波在非测距的情况下和它们进行巧妙地结合,得到了定位精度较高的L-MSM算法和L-EKF算法。L-MSM算法利用质心算法进行粗定位时,为了提高节点定位成功率,未知节点如果有邻居锚节点则只使用邻居锚节点来定位,没有邻居锚节点就使用已经定位的未知节点来定位,然后质点弹簧模型以节点到所有邻居节点估计距离的平均值作为弹簧的平衡长度对质心算法粗定位后的结果进行迭代求精。L-EKF算法首先利用DV-Hop算... 

【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstact
第1章 引言
    1.1 课题来源
    1.2 无线传感器网络概述
    1.3 无线传感器网络体系结构
    1.4 无线传感器网络应用
        1.4.1 军事领域
        1.4.2 环境领域
        1.4.3 健康领域
        1.4.4 家庭领域
        1.4.5 工业领域
    1.5 无线传感器网络定位重要性和挑战
    1.6 论文主要工作及章节安排
第2章 无线传感器网络定位技术
    2.1 无线传感器网络定位概述
        2.1.1 定位基本概念
        2.1.2 定位相关术语
        2.1.3 定位性能评价指标
    2.2 定位基本方法
        2.2.1 多边定位法
        2.2.2 三边定位法
        2.2.3 角度定位法
    2.3 定位算法分类
        2.3.1 测距定位和非测距定位
        2.3.2 绝对定位和相对定位
        2.3.3 集中式定位和分布式定位
        2.3.4 递增式定位和并发式定位
    2.4 定位算法研究现状
    2.5 典型测距定位算法
        2.5.1 Cooperative Ranging定位算法
        2.5.2 DV-Distance定位算法
        2.5.3 AHLos定位算法
    2.6 典型非测距定位算法
        2.6.1 质心定位算法
        2.6.2 DV-Hop定位算法
        2.6.3 Amorphous定位算法
        2.6.4 APIT定位算法
        2.6.5 凸规划定位算法
        2.6.6 MDS-MAP定位算法
    2.7 本章小结
第3章 基于质点弹簧模型的L-MSM算法
    3.1 质点弹簧模型定位原理
    3.2 L-MSM算法原理
        3.2.1 质心算法粗定位
        3.2.2 改进的质点弹簧模型求精
    3.3 仿真结果及分析
        3.3.1 默认参数下的定位误差
        3.3.2 不同迭代次数下的定位误差
        3.3.3 不同锚节点比例下的定位误差
        3.3.4 不同总节点数下的定位误差
        3.3.5 不同通信半径下的定位误差
    3.4 本章小结
第4章 基于卡尔曼滤波的L-EKF算法
    4.1 扩展卡尔曼滤波定位原理
    4.2 L-EKF算法原理
    4.3 仿真结果及分析
        4.3.1 默认参数下的定位误差
        4.3.2 不同锚节点比例下的定位误差
        4.3.3 不同总节点数下的定位误差
        4.3.4 不同通信半径下的定位误差
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 未来研究展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于质点弹簧模型的无线传感器网络非测距定位算法[J]. 杨友华,孙丽华,向满天.  传感技术学报. 2015(06)
[2]一种基于DV-Hop的无线传感器网络节点定位算法[J]. 王景珲.  计算机工程. 2015(01)
[3]EKF在移动信标的WSN节点定位中的应用[J]. 丁辉,李波勇,艾述亮.  电脑知识与技术. 2013(09)
[4]基于WSN的目标定位跟踪在C4ISRT中的应用[J]. 杨传顺.  北京联合大学学报(自然科学版). 2012(04)
[5]Real-time localization estimator of mobile node in wireless sensor networks based on extended Kalman filter[J]. 田金鹏,郑国莘.  Journal of Shanghai University（English Edition）. 2011(02)
[6]Location,Localization,and Localizability[J]. 刘云浩,杨铮,王小平,简丽荣.  Journal of Computer Science & Technology. 2010(02)
[7]基于卡尔曼滤波的WSNs节点定位研究[J]. 陈维克,李文锋,首珩,袁兵,魏兰.  武汉理工大学学报. 2007(08)

硕士论文
[1]几何约束在WSNs定位中的优化应用[D]. 罗嗣力.南昌大学 2014
[2]基于DV-Hop的无线传感器网络节点定位算法研究与改进[D]. 孔令荣.南京理工大学 2013
[3]基于DV-Hop的无线传感器网络节点定位算法研究[D]. 李龙江.重庆大学 2013
[4]基于多维标度的无线传感器网络定位算法研究[D]. 祝义荣.南昌大学 2010
[5]无线传感网络节点自定位技术的研究[D]. 李响.中国科学技术大学 2009
[6]基于移动信标的无线传感器网络定位算法研究[D]. 陈娟.中南大学 2009



本文编号：3403028