节点定位是无线传感器网络中最为关键的一项技术。针对无源定位的问题,提出一种到达时间差(TDOA)和到达信号增益比(GROA)联合定位算法,并且采用飞行机制的萤火虫算法(GSO)来求得最终结果。结合TDOA和GROA定位模型,引入辅助变量将方程伪...节点定位是无线传感器网络中最为关键的一项技术。针对无源定位的问题,提出一种到达时间差(TDOA)和到达信号增益比(GROA)联合定位算法,并且采用飞行机制的萤火虫算法(GSO)来求得最终结果。结合TDOA和GROA定位模型,引入辅助变量将方程伪线性化;然后采用修正两步加权最小二乘算法(TSWLS)来进行求解。并且在不影响收敛速度和精度的前提下,采用带有飞行机制的GSO算法来寻求目标定位的最优解,克服粒子群算法易陷入局部最优的缺点。仿真结果表明,该算法相比较TDOA算法,定位精度提高了23 d B,并且具有相对较高和较稳定的定位精度。展开更多
A closed-form approximate maximum likelihood（AML） algorithm for estimating the position and velocity of a moving source is proposed by utilizing the time difference of arrival（TDOA） and frequency difference of arr...A closed-form approximate maximum likelihood（AML） algorithm for estimating the position and velocity of a moving source is proposed by utilizing the time difference of arrival（TDOA） and frequency difference of arrival（FDOA） measurements of a signal received at a number of receivers.The maximum likelihood（ML） technique is a powerful tool to solve this problem.But a direct approach that uses the ML estimator to solve the localization problem is exhaustive search in the solution space,and it is very computationally expensive,and prohibits real-time processing.On the basis of ML function,a closed-form approximate solution to the ML equations can be obtained,which can allow real-time implementation as well as global convergence.Simulation results show that the proposed estimator achieves better performance than the two-step weighted least squares（WLS） approach,which makes it possible to attain the Cramér-Rao lower bound（CRLB） at a sufficiently high noise level before the threshold effect occurs.展开更多
提出了一种基于到达时间(time of arrival,TOA)和到达时间差(time difference of arrival,TDOA)的空中运动平台对目标高精度三维定位的无源定位方法。该方法使用3个辅站信号到空中运动平台的TOA以及辅站位置确定空中运动平台自身的位置...提出了一种基于到达时间(time of arrival,TOA)和到达时间差(time difference of arrival,TDOA)的空中运动平台对目标高精度三维定位的无源定位方法。该方法使用3个辅站信号到空中运动平台的TOA以及辅站位置确定空中运动平台自身的位置,然后依据目标散射回波到达各个辅站与空中运动平台的TDOA确定目标的位置。分析了三维TDOA目标定位模糊产生的原因,提出了一种无模糊的高精度TDOA目标位置求解算法。仿真结果表明,该算法比经典的TDOA定位算法精度高,而且不存在定位模糊,从而验证了该空中运动平台对目标进行无源定位方法的有效性以及正确性。展开更多
局部放电(partialdischarge,PD)诊断与定位有助于在老化早期发现高压电力设备故障位置,对制定检修方案具有重要参考价值。目前常利用多个特高频(ultra high frequency,UHF)传感器组成传感器阵列,并定义三维坐标系对变压器进行局部放电...局部放电(partialdischarge,PD)诊断与定位有助于在老化早期发现高压电力设备故障位置,对制定检修方案具有重要参考价值。目前常利用多个特高频(ultra high frequency,UHF)传感器组成传感器阵列,并定义三维坐标系对变压器进行局部放电空间定位。该文研究基于能量积累法捕捉信号起始脉冲和基于到达时间差(timedifferenceofarrival,TDOA)算法实现定位的原理,构建以局部放电位置点坐标为未知数的非线性规划问题,并利用禁忌搜索-粒子群优化(tabu search particle swarm optimization,TS-PSO)算法进行最优解求解。该算法可以避免非线性方程组求解时不收敛、解不唯一以及最小二乘法对初值要求高等问题,既保证了求解的速度,又能保证解的唯一性与准确性。实验室测试和现场测试验证了定位结果的有效性。展开更多
By utilizing the time difference of arrival （TDOA） and frequency difference of arrival （FDOA） measurements of signals received at a number of receivers, a constrained least-square （CLS） algorithm for estimating ...By utilizing the time difference of arrival （TDOA） and frequency difference of arrival （FDOA） measurements of signals received at a number of receivers, a constrained least-square （CLS） algorithm for estimating the position and velocity of a moving source is proposed. By utilizing the Lagrange multipliers technique, the known relation between the intermediate variables and the source location coordinates could be exploited to constrain the solution. And without requiring apriori knowledge of TDOA and FDOA measurement noises, the proposed algorithm can satisfy the demand of practical applications. Additionally, on basis of con- volute and polynomial rooting operations, the Lagrange multipliers can be obtained efficiently and robustly allowing real-time imple- mentation and global convergence. Simulation results show that the proposed estimator achieves remarkably better performance than the two-step weighted least square （WLS） approach especially for higher measurement noise level.展开更多
针对无线通信到达时间差(time difference of arrival,TDOA)定位技术位置解算为复杂的非线性方程最优化问题,采用实数编码遗传算法,提出了改进的自适应遗传算法。该算法设计了自适应交叉率和变异率的计算公式,考虑了随着进化代数增加种...针对无线通信到达时间差(time difference of arrival,TDOA)定位技术位置解算为复杂的非线性方程最优化问题,采用实数编码遗传算法,提出了改进的自适应遗传算法。该算法设计了自适应交叉率和变异率的计算公式,考虑了随着进化代数增加种群的整体变化,同时考虑了每代种群不同个体适应度的作用,并引入最优保存策略防止优良个体的破坏,能有效产生新的个体进而摆脱局部最优值的搜索达到全局最优解。仿真结果表明,改进的遗传算法性能稳定,进化收敛速度和TDOA定位估计精度都有较大的提高。展开更多
文章根据移动应用需求,推导三维空间最小二乘(least square,LS)算法、Taylor级数展开法和查恩(Chan)算法3种经典到达时间差(time difference of arrival,TDOA)算法求解过程,通过仿真模拟分析3种算法的不同特点,确定移动定位场景下的最...文章根据移动应用需求,推导三维空间最小二乘(least square,LS)算法、Taylor级数展开法和查恩(Chan)算法3种经典到达时间差(time difference of arrival,TDOA)算法求解过程,通过仿真模拟分析3种算法的不同特点,确定移动定位场景下的最佳算法。为了进一步提高定位精度,采用Kalman滤波中递推估计思想,减小噪声干扰产生的误差,提升到达时间(time of arrival,TOA)测距精度,进而获得三维空间中性能优良的TDOA算法。测试试验表明,改进后的Chan算法有效且性能优良,定位误差最大为10~30cm。展开更多
针对目前时差定位/频差定位混合无源定位算法存在的定位均方根误差(root mean square error,RMSE)和定位偏差适应测量噪声能力差的问题,提出一种基于泰勒级数展开的非完全约束加权最小二乘法。首先将无源定位问题转化为二次规划问题,简...针对目前时差定位/频差定位混合无源定位算法存在的定位均方根误差(root mean square error,RMSE)和定位偏差适应测量噪声能力差的问题,提出一种基于泰勒级数展开的非完全约束加权最小二乘法。首先将无源定位问题转化为二次规划问题,简化约束条件,应用拉格朗日乘子法求解目标定位的值。然后将得到的解在原约束条件下进行泰勒级数展开,利用获得的结果进一步优化解析解。计算机仿真对比了所提方法和两步加权最小二乘法(two-stage weighted least squares,TSWLS)、改进的约束加权最小二乘法(constrained weighted least squares,CWLS)、基于定位误差修正方法的定位性能,所提算法在兼顾实时性的同时,RMSE和定位偏差均低于TSWLS、CWLS、基于定位误差修正方法。展开更多
为了提高室内三维空间的定位精度,提出了一种基于联合到达时间差与到达角度(time difference of arrival/angle of arrival,TDOA/AOA)信息的混合定位算法。由于构建的目标函数具有非凸性,采用传统定位算法在目标函数求解过程中会出现局...为了提高室内三维空间的定位精度,提出了一种基于联合到达时间差与到达角度(time difference of arrival/angle of arrival,TDOA/AOA)信息的混合定位算法。由于构建的目标函数具有非凸性,采用传统定位算法在目标函数求解过程中会出现局部最优解的问题。因此,针对该问题,将目标函数转成二次约束二次规划问题,通过引入半定松弛(semi-definite relaxation,SDR)方法将目标函数转换为二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)问题,寻找全局最优解。其次,针对SOCP无法对凸包外的目标进行有效定位的问题,在该算法的基础上引入了惩罚项,使松弛后的约束条件进一步逼近原始约束条件,解决了定位过程中的凸包问题。数值仿真结果表明:在10m×10m×3m的三维定位空间内,选取40×40个测试点,平均定位误差为1.39cm,可实现室内三维空间高精度定位。与传统的混合定位算法相比,均能够获得较高的定位精度。展开更多
文摘节点定位是无线传感器网络中最为关键的一项技术。针对无源定位的问题,提出一种到达时间差(TDOA)和到达信号增益比(GROA)联合定位算法,并且采用飞行机制的萤火虫算法(GSO)来求得最终结果。结合TDOA和GROA定位模型,引入辅助变量将方程伪线性化;然后采用修正两步加权最小二乘算法(TSWLS)来进行求解。并且在不影响收敛速度和精度的前提下,采用带有飞行机制的GSO算法来寻求目标定位的最优解,克服粒子群算法易陷入局部最优的缺点。仿真结果表明,该算法相比较TDOA算法,定位精度提高了23 d B,并且具有相对较高和较稳定的定位精度。
基金National High-tech Research and Development Program of China (2010AA7010422,2011AA7014061)
文摘A closed-form approximate maximum likelihood（AML） algorithm for estimating the position and velocity of a moving source is proposed by utilizing the time difference of arrival（TDOA） and frequency difference of arrival（FDOA） measurements of a signal received at a number of receivers.The maximum likelihood（ML） technique is a powerful tool to solve this problem.But a direct approach that uses the ML estimator to solve the localization problem is exhaustive search in the solution space,and it is very computationally expensive,and prohibits real-time processing.On the basis of ML function,a closed-form approximate solution to the ML equations can be obtained,which can allow real-time implementation as well as global convergence.Simulation results show that the proposed estimator achieves better performance than the two-step weighted least squares（WLS） approach,which makes it possible to attain the Cramér-Rao lower bound（CRLB） at a sufficiently high noise level before the threshold effect occurs.
文摘提出了一种基于到达时间(time of arrival,TOA)和到达时间差(time difference of arrival,TDOA)的空中运动平台对目标高精度三维定位的无源定位方法。该方法使用3个辅站信号到空中运动平台的TOA以及辅站位置确定空中运动平台自身的位置,然后依据目标散射回波到达各个辅站与空中运动平台的TDOA确定目标的位置。分析了三维TDOA目标定位模糊产生的原因,提出了一种无模糊的高精度TDOA目标位置求解算法。仿真结果表明,该算法比经典的TDOA定位算法精度高,而且不存在定位模糊,从而验证了该空中运动平台对目标进行无源定位方法的有效性以及正确性。
基金supported by the National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (2010AA7010422 2011AA7014061)
文摘By utilizing the time difference of arrival （TDOA） and frequency difference of arrival （FDOA） measurements of signals received at a number of receivers, a constrained least-square （CLS） algorithm for estimating the position and velocity of a moving source is proposed. By utilizing the Lagrange multipliers technique, the known relation between the intermediate variables and the source location coordinates could be exploited to constrain the solution. And without requiring apriori knowledge of TDOA and FDOA measurement noises, the proposed algorithm can satisfy the demand of practical applications. Additionally, on basis of con- volute and polynomial rooting operations, the Lagrange multipliers can be obtained efficiently and robustly allowing real-time imple- mentation and global convergence. Simulation results show that the proposed estimator achieves remarkably better performance than the two-step weighted least square （WLS） approach especially for higher measurement noise level.
文摘针对无线通信到达时间差(time difference of arrival,TDOA)定位技术位置解算为复杂的非线性方程最优化问题,采用实数编码遗传算法,提出了改进的自适应遗传算法。该算法设计了自适应交叉率和变异率的计算公式,考虑了随着进化代数增加种群的整体变化,同时考虑了每代种群不同个体适应度的作用,并引入最优保存策略防止优良个体的破坏,能有效产生新的个体进而摆脱局部最优值的搜索达到全局最优解。仿真结果表明,改进的遗传算法性能稳定,进化收敛速度和TDOA定位估计精度都有较大的提高。
文摘文章根据移动应用需求,推导三维空间最小二乘(least square,LS)算法、Taylor级数展开法和查恩(Chan)算法3种经典到达时间差(time difference of arrival,TDOA)算法求解过程,通过仿真模拟分析3种算法的不同特点,确定移动定位场景下的最佳算法。为了进一步提高定位精度,采用Kalman滤波中递推估计思想,减小噪声干扰产生的误差,提升到达时间(time of arrival,TOA)测距精度,进而获得三维空间中性能优良的TDOA算法。测试试验表明,改进后的Chan算法有效且性能优良,定位误差最大为10~30cm。
文摘针对目前时差定位/频差定位混合无源定位算法存在的定位均方根误差(root mean square error,RMSE)和定位偏差适应测量噪声能力差的问题,提出一种基于泰勒级数展开的非完全约束加权最小二乘法。首先将无源定位问题转化为二次规划问题,简化约束条件,应用拉格朗日乘子法求解目标定位的值。然后将得到的解在原约束条件下进行泰勒级数展开,利用获得的结果进一步优化解析解。计算机仿真对比了所提方法和两步加权最小二乘法(two-stage weighted least squares,TSWLS)、改进的约束加权最小二乘法(constrained weighted least squares,CWLS)、基于定位误差修正方法的定位性能,所提算法在兼顾实时性的同时,RMSE和定位偏差均低于TSWLS、CWLS、基于定位误差修正方法。
文摘为了提高室内三维空间的定位精度,提出了一种基于联合到达时间差与到达角度(time difference of arrival/angle of arrival,TDOA/AOA)信息的混合定位算法。由于构建的目标函数具有非凸性,采用传统定位算法在目标函数求解过程中会出现局部最优解的问题。因此,针对该问题,将目标函数转成二次约束二次规划问题,通过引入半定松弛(semi-definite relaxation,SDR)方法将目标函数转换为二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)问题,寻找全局最优解。其次,针对SOCP无法对凸包外的目标进行有效定位的问题,在该算法的基础上引入了惩罚项,使松弛后的约束条件进一步逼近原始约束条件,解决了定位过程中的凸包问题。数值仿真结果表明:在10m×10m×3m的三维定位空间内,选取40×40个测试点,平均定位误差为1.39cm,可实现室内三维空间高精度定位。与传统的混合定位算法相比,均能够获得较高的定位精度。
