Geolocation of a known altitude object using TOA measurements

This paper considers the problem of locating a source on the Earth surface whose altitude is known a priori using time of arrival (TOA) measurements obtained in spatially distributed receivers. The receiver positions are subject to random errors. The Cramer-Rao lower bound (CRLB) analysis shows that exploiting the source altitude information can improve the source localization accuracy compared to the TOA-only localization system. A weighted least squares (WLS) source localization algorithm exploring both the source altitude and TOA measurements is developed. The proposed solution is shown analytically to achieve the CRLB over a small noise region. Simulation results demonstrate the good performance of the proposed method.     

基于最大秩距离码的强安全线性网络编码算法

针对网络编码中的防窃听问题,基于最大秩距离(MRD)码,提出一种强安全线性网络编码算法。在本文算法中,源节点上的消息通过扩域上的MRD码的陪集编码方法进行预编码。同时,中间节点则采用基域上的线性网络码。理论上证明了本文算法可以将一个非安全线性网络码转换为一个强安全线性网络码,即它是一个一般化的强安全线性网络编码算法。与现有的强安全算法的对比表明,本文算法降低了中间节点上的编码域尺寸。     

智能天线辅助的WSN节点自定位算法

位置信息是无线传感器网络（WSN）中的一种关键基础信息.在节点部署范围较大、节点密度较小的环境中,很多定位算法在定位精度或成本上不理想.为此,提出一种利用智能天线方向性的节点自定位算法.该算法包含两类节点：一是配备智能天线、全向天线和全球定位系统（GPS）的中心节点;二是配备高频率时钟,可支持基于到达时间（TOA）测距的网络节点.在定位过程中,中心节点发送有方向性的定位信号,网络节点借助定位信号判断自身相对于中心节点的角度,并结合TOA测距信息,确定自身位置.通过该方法,节点以较小的运算量得到较精确的定位结果,且网络中只有中心节点功能较强,因此系统总体成本低.分析和仿真结果表明,该方法能以较小的运算量和较低的成本提供较高的定位精度.     

Layered heuristic algorithm for multiple restriction routes

A layered algorithm by bidirectional searching is proposed in this paper to solve the problem that it is difficult and time consuming to reach an optimal solution of the route search with multiple parameter restrictions for good quality of service. Firstly, a set of reachable paths to each intermediate node from the source node and the sink node based on adjacent matrix transformation are calculated respectively. Then a temporal optimal path is selected by adopting the proposed heuristic method according to a non-linear cost function. When the total number of the accumulated nodes by bidirectional searching reaches n-2, the paths from two directions to an intermediate node should be combined and several paths via different nodes from the source node to the sink node can be obtained, then an optimal path in the whole set of paths can be taken as the output route. Some simulation examples are included to show the effectiveness and efficiency of the proposed method. In addition, the proposed algorithm can be implemented with parallel computation and thus, the new algorithm has better performance in time complexity than other algorithms. Mathematical analysis indicates that the maximum complexity in time, based on parallel computation, is the same as the polynomial complexity of O(kn2-3kn+k), and some simulation results are shown to support this analysis.     

一种线性校正TOA定位算法

针对到达时间定位中出现的非线性估计问题,提出了一种基于线性校正的定位算法.该算法首先将非线性到达时间定位方程转化为一组关于目标位置的伪线性方程,利用加权最小二乘估计进行初始求解;在此基础上把伪线性方程组转化为关于估计偏差的求解问题,进而对初始解进行线性校正;同时分析了所提算法的有效性.仿真结果表明,该算法具有较好的定位性能.     

双向搜索分层化的多约束路由启发式计算方法

提出一种多约束路由的双向搜索层次化计算方法,第一层分别从源和目的节点出发,计算到达各中间节点的可达路径,第二层在各可达路径中进行路径的筛选。可达路径是采用邻接矩阵变换方式获得的,筛选路径是根据非线性开销函数采用启发方式择优选取。当两方向搜索的节点数累计总和达到n-2后,则对接合并两方向到达中间节点的路径,获得多条经过不同中间节点的源到目的节点的路径,从中选择最佳路径作为路由输出。通过算例详细介绍了可达路径计算及启发式选优方法,论述了算法的正确性与合理性,分析了最坏时间杂性,简介了新算法具备并行运算特征。通过仿真实验评估,不仅更进一步验证了新算法的正确性,而且表明新算法在性能上要优于其他算法。     

稳健非线性LMS非视距定位算法

在蜂窝移动定位中,非视距波(NLOS)是影响定位精度的主要因素,NLOS的传播会给距离测量值增加较大的正性误差。传统的线性滤波器主要是针对高斯分布的误差,并不能有效地处理NLOS误差。该文提出一种非线性LMS算法TOA测量结果进行重构来消除NLOS的影响。该算法将NLOS误差视作冲激性噪声,通过对LMS算法中的代价函数的非线性化来抑制TOA测量值中的NLOS误差,仿真结果证明了该算法的有效性。     

TDOA localization with linear-correction in the presence of sensor position errors

This paper considers the problem of locating a source using time difference of arrival(TDOA) measurements obtained at spatially distributed sensors in the presence of sensor position errors. A linear-correction TDOA localization algorithm that involves closed-form weighted least squares(WLS) optimization only is developed. The proposed method first converts nonlinear TDOA equations into pseudo-linear ones by introducing an intermediate variable and obtains the initial source position estimate using the WLS technique. Then a linear-correction method is applied to improve the initial localization result by estimating and subtracting its positioning error. Simulation results demonstrate the good performance of the proposed method.     

基于包络提取的TOA估计算法

针对超宽带无线传感器网络中噪声影响定位精度的问题,提出了一种基于包络提取的到达时间(time of arrival, TOA)估计算法。该算法首先利用小波变换的多分辨率分析有效地去除信号中的噪声成分,之后对去噪的信号进行希尔伯特变换提取其包络,最后选取第一个包络的最大值作为TOA的估计值。仿真结果表明,该算法抑制了噪声对TOA估计的影响,提高了估计精度。     

NLOS环境中的线性回归最小二乘三维定位算法

针对室内非视距无线环境中移动终端的三维定位问题,提出了一种非视距无线环境中基于线性回归与最小二乘法的三维定位算法。首先,基于无线通信环境中波达时间(TOA)的测量误差具有正偏置的特性,运用线性回归估计测试终端到基站之间的非视距测量距离误差与真实距离之间的线性关系;然后,根据该线性关系运用最小二乘原理对移动终端进行三维几何定位。实验结果表明,算法具有较高的定位精度,最大定位误差不超过2 m,且在非视距环境下,所提出的定位算法不仅不需要TOA的时延分布先验知识,而且定位精度优于其他基于TOA的两阶段最小二乘定位算法的定位精度。     

基于AGA优化BP网络的小信息量蜂窝网定位算法

为了实现蜂窝网中小信息量情况下对移动用户的定位,在只有驻留基站和一台定位设备可用的条件下,建立了TOA／TOA定位模型,提出了一种基于BP神经网络的定位算法,并用自适应遗传算法（AGA）优化BP网络的权值。仿真结果表明,在小信息量条件下,优化后的算法在复杂的多径环境下有效地提高了定位精度,能够很好地解决模型中固有的模糊点问题,达到了FCC的定位要求。     

一种OFDM无线网络TOA估计新算法

为了在OFDM无线网络定位服务(LBS)中实现精确的到达时间(TOA)测量,提出了一种OFDM系统TOA估计新算法．将TOA估计分为整数采样周期TOA估计和小数采样周期TOA估计．接收机利用训练符号的时频特性以迭代搜索的方法获得小数采样周期TOA估计,并利用估计结果修正小数采样周期时延带来的相关谱扩展,利用引导沿检测算法由修正后的相关谱估计整数采样周期TOA．仿真结果表明,该算法在信噪比高于0dB时TOA估计精度高于相关检测算法,10dB信噪比下其TOA估计精度比相关检测算法提高一倍以上．同时,可以用降低两个数量级以上的复杂度提供与现有超分辨率算法相当的TOA估计精度．     

基于卡尔曼滤波的WSNs节点定位研究

节点定位是无线传感器网络中的关键技术之一。在采用装备有GPS装置的移动信标-移动机器人、无人机的基础上,将加权最小二乘估计与扩展卡尔曼滤波(EKF)组合,进行未知节点定位。算法首先利用加权最小二乘估计(WLSE),获得无线传感器网络未知节点的初步位置,再用扩展卡尔曼滤波进一步提高定位精度。并且提出了加权因子的确定方法,同时,算法还提出了移动信标位置参与EKF迭代计算的最优排序方案。算法可以实现传感节点的低成本定位,可以达到较高的定位精度。仿真结果显示,算法与目前常用的最小二乘估计相比,未知节点的定位精度有较大的提高。算法应用RSSI测距方式,它还可应用于TDOA,TOA等基于测距的定位算法中,具有较普遍的应用意义。     

联合功率分配的全双工MIMO中继最小速率优化

针对全双工多天线中继系统的端到端速率受到信道估计误差和发射机/接收机有限动态范围影响的问题,将中继端到端速率问题转换为加权总速率最优问题,提出一种联合功率分配算法．该算法通过联合优化源节点和中继节点的预编码矩阵,使系统能够根据信道状态信息联合分配源节点和中继节点的功率．仿真结果表明,联合功率分配算法相较于传统的单节点功率约束算法能够提升系统最小速率,抑制自干扰的影响．     

一种分布式的PCPO单播路由算法

针对非确定多项式时间完备(NPC)的路径约束路径优化(PCPO)路由问题提出一种分布式算法:两向选择式探测QoS路由算法(TSQR)。以PCPO中的时延约束代价优化(DCLC)问题为例,TSQR基于源节点与目的节点间的最小代价和最短时延路径,由源节点向目的节点发送2种不同的探测消息(MinCProbe1/MinDProbe1, MinCProbe2/MinDProbe2),分别对应2种不同的路由选择操作;沿途节点搜集探测消息走过路径的信息,继续沿原方向转发探测消息的同时,变异此探测消息进行变向探测;目的节点从收到的探测消息所代表的可行路由集中选择一条或多条路径。TSQR具有自然无环特性,在存储和计算开销等方面都具有优越性。仿真表明,与同类参考算法相比,TSQR具有最优的路径优化性能。     

基于神经网络数据融合的无线定位算法

提出了一种基于神经网络数据融合的无线定位算法,该方法融合了到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角度(AOA)、,并考虑了这三种测量值的测量质量(可信度),有效地解决了在常规定位算法中使用线性最小二乘法求解非线性方程使定位精度下降的缺点。通过仿真表明,该算法具有较高的定位精度,能够满足FCC所提出的定位要求。     

辐射源机动目标被动式鲁棒跟踪一种算法

为研究只测向目标跟踪系统在观测噪声为ε污染高斯分布背景下的辐射源机动目标鲁棒跟踪问题,提出一种简易而有效的变结构鲁棒跟踪算法。该算法由机动目标快速鲁棒检测器、变结构跟踪器（鲁棒MGEKF／PLKF）以及系统误差补偿等环节组成,能够在ε污染高斯分布背景下快速鲁棒检测和跟踪辐射源机动目标,同时根据系统误差特征可实时补偿系统跟踪误差。仿真结果表明,该算法能够有效解决辐射源机动目标鲁棒跟踪问题。     

NLOS环境下基于自适应遗传算法的TOA/AOA定位算法

在视距传播(LOS)环境下,波达时间/电波到达角(TOA/AOA)定位算法比TOA算法的定位精度有了进一步的提高,但是在非视距传播(NLOS)环境下,这些定位算法的精度会受到较大影响。为了减小NLOS传播的影响,提出了一种NLOS环境下的TOA/AOA定位算法。利用自适应遗传算法对TOA/AOA混合定位算法中的非线性优化问题进行求解,从而提高系统的定位精度。仿真结果表明,提出的算法在NLOS环境下有较高的定位精度,性能优于Chan算法和LS算法。     

Tunnel personnel positioning method based on TOA and modified location-fingerprint positioning

To position personnel in mines, the study discussed in this paper built on the tunnel personnel positioning method on the basis of both TOA and location-finger print(LFP) positioning. Given non-line of sight(NLOS) time delay in signal transmission caused by facilities and equipment shielding in tunnels and TOA measurement errors in both LFP database data and real-time data, this paper puts forth a database data de-noising algorithm based on distance threshold limitation and modified mean filtering(MMF), as well as a real-time data suppression algorithm based on speed threshold limitation and MMF.On this basis, a nearest neighboring data matching algorithm based on historical location and the speed threshold limitation is used to estimate personnel location and realize accurate personnel positioning.The results from both simulation and the experiment suggest that: compared with the basic LFP positioning method and the method that only suppresses real-time data error, the tunnel personnel positioning methods based on TOA and modified LFP positioning permits effectively eliminating error in TOA measurement, making the measured data close to the true positional data, and dropping the positioning error:the maximal positioning error in measurements from experiment drops by 9 and 3 m, respectively, and the positioning accuracy of 3 m is achievable in the condition used in the experiment.     

UWB室内信道下一种低复杂度的TOA估计新算法

针对室内信道,提出一种基于UWB多径信号中最强路径检测的TOA估计算法．通过卷积运算进行最强路径搜索,进而完成TOA估计．TOA估计过程不依赖视距路径(line-of-sight path)检测,适合于NLOS(non line-of-sight)情形,且最强路径搜索避免了阈值设置过程,相比LP搜索计算复杂度低．通过对IEEE.802.15.4a标准下NLOS信道模型的仿真实验,讨论了各参数估计偏差对定位性能的影响,验证了本定位算法在室内多径信道下的适用性．