水下无线传感器网络中节点定位与目标跟踪算法研究
发布时间：2023-11-12 14:57
21世纪是海洋的世纪,海洋将成为人类生存与发展的新空间。水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)中目标跟踪作为大范围水域持续监测的重要手段已成为研究热点。由于UWSNs中节点为目标跟踪提供量测,节点的位置信息对于目标跟踪至关重要,因此本文首先研究了UWSNs中节点定位问题,然后在此基础上研究了UWSNs中目标跟踪问题。本文的研究工作如下:(1)针对UWSNs中一定区域内传感器节点快速定位问题,提出了一种移动锚节点辅助的接收信号强度定位算法。首先,为了提高定位精度,设计了一种基于支持向量回归的插值方法,通过提高含噪声测量数据的非线性回归模型准确性,并降低由测量数据离散性引起的估计误差,减小了传感器节点在移动锚节点线性轨迹上投影位置的误差,实现了定位精度的提高。然后,为了提高定位速度,设计了一种曲线匹配方法,通过估计传感器节点到移动锚节点线性轨迹的垂直距离,使传感器节点在锚节点仅行进一条轨迹后即可基于投影位置和垂直距离实现定位,与现有算法需要至少两条轨迹相比,轨迹数量的减少实现了定位速度的提高。(2)针对UWSNs中异步时钟下...
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 UWSNs研究现状
1.2.2 UWSNs中节点定位研究现状
1.2.3 UWSNs中目标跟踪研究现状
1.2.4 现有工作存在的问题
1.3 本文的主要研究工作
1.3.1 研究思路
1.3.2 论文的结构安排
第2章 UWSNs中移动锚节点辅助的RSSI定位算法
2.1 引言
2.2 移动锚节点辅助的RSSI定位算法
2.2.1 数据的测量
2.2.2 节点在轨迹上投影的确定
2.2.3 节点到轨迹垂直距离的获取
2.2.4 节点位置的计算
2.3 仿真结果及分析
2.3.1 仿真参数设定
2.3.2 仿真结果分析
2.4 本章小结
第3章 UWSNs中传感器节点异步定位算法
3.1 引言
3.2 网络架构和时钟模型
3.3 基于信号传播时延的异步定位算法
3.3.1 节点间的信息交互策略
3.3.2 节点位置和信号传播时延关系的建立
3.3.3 基于信号传播时延的节点最优位置求解
3.4 基于接收信号强度的异步定位算法
3.4.1 节点位置和接收信号强度关系建立
3.4.2 基于接收信号强度的节点最优位置求解
3.4.3 两种算法的定位结果融合
3.5 性能分析
3.5.1 基于信号传播时延的异步定位算法的CRLB
3.5.2 基于接收信号强度的异步定位算法的CRLB
3.6 仿真结果及分析
3.7 本章小结
第4章 UWSNs中基于自适应采样的目标跟踪算法
4.1 引言
4.2 UWSNS中目标跟踪的系统模型
4.2.1 UWSNs的架构
4.2.2 目标跟踪中的动态成簇
4.2.3 目标跟踪中的距离测量
4.2.4 目标跟踪中的位置估计
4.3 基于自适应采样的目标跟踪算法
4.3.1 基于自适应采样的目标跟踪算法过程
4.3.2 跟踪精度和能源消耗
4.3.3 自适应采样间隔调整方法
4.3.4 动态不确定度阈值调整方法
4.4 仿真实验及结果分析
4.4.1 仿真实验1
4.4.2 仿真实验2
4.5 本章小结
第5章 UWSNs算法实验平台开发与算法验证
5.1 引言
5.2 UWSNS算法实验平台的总体设计
5.3 水声通信机的系统设计
5.3.1 水声通信机的硬件系统设计
5.3.2 水声通信机的软件系统设计
5.4 水下机器人的系统设计
5.4.1 水下机器人的硬件系统设计
5.4.2 水下机器人的软件系统设计
5.5 算法的实验验证
5.5.1 基于信号传播时延的异步定位算法的实验验证
5.5.2 基于接收信号强度的异步定位算法的实验验证
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
本文编号：3863384
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 UWSNs研究现状
1.2.2 UWSNs中节点定位研究现状
1.2.3 UWSNs中目标跟踪研究现状
1.2.4 现有工作存在的问题
1.3 本文的主要研究工作
1.3.1 研究思路
1.3.2 论文的结构安排
第2章 UWSNs中移动锚节点辅助的RSSI定位算法
2.1 引言
2.2 移动锚节点辅助的RSSI定位算法
2.2.1 数据的测量
2.2.2 节点在轨迹上投影的确定
2.2.3 节点到轨迹垂直距离的获取
2.2.4 节点位置的计算
2.3 仿真结果及分析
2.3.1 仿真参数设定
2.3.2 仿真结果分析
2.4 本章小结
第3章 UWSNs中传感器节点异步定位算法
3.1 引言
3.2 网络架构和时钟模型
3.3 基于信号传播时延的异步定位算法
3.3.1 节点间的信息交互策略
3.3.2 节点位置和信号传播时延关系的建立
3.3.3 基于信号传播时延的节点最优位置求解
3.4 基于接收信号强度的异步定位算法
3.4.1 节点位置和接收信号强度关系建立
3.4.2 基于接收信号强度的节点最优位置求解
3.4.3 两种算法的定位结果融合
3.5 性能分析
3.5.1 基于信号传播时延的异步定位算法的CRLB
3.5.2 基于接收信号强度的异步定位算法的CRLB
3.6 仿真结果及分析
3.7 本章小结
第4章 UWSNs中基于自适应采样的目标跟踪算法
4.1 引言
4.2 UWSNS中目标跟踪的系统模型
4.2.1 UWSNs的架构
4.2.2 目标跟踪中的动态成簇
4.2.3 目标跟踪中的距离测量
4.2.4 目标跟踪中的位置估计
4.3 基于自适应采样的目标跟踪算法
4.3.1 基于自适应采样的目标跟踪算法过程
4.3.2 跟踪精度和能源消耗
4.3.3 自适应采样间隔调整方法
4.3.4 动态不确定度阈值调整方法
4.4 仿真实验及结果分析
4.4.1 仿真实验1
4.4.2 仿真实验2
4.5 本章小结
第5章 UWSNs算法实验平台开发与算法验证
5.1 引言
5.2 UWSNS算法实验平台的总体设计
5.3 水声通信机的系统设计
5.3.1 水声通信机的硬件系统设计
5.3.2 水声通信机的软件系统设计
5.4 水下机器人的系统设计
5.4.1 水下机器人的硬件系统设计
5.4.2 水下机器人的软件系统设计
5.5 算法的实验验证
5.5.1 基于信号传播时延的异步定位算法的实验验证
5.5.2 基于接收信号强度的异步定位算法的实验验证
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
本文编号：3863384
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