山区复杂地形的无线传感器网络节点定位算法

针对在山区地形上非测距三维基于距离向量的定位算法存在定位误差较大的问题,提出了山区复杂地形的无线传感器网络节点定位算法（NLA-MT）.该算法有效地利用了山区地形环境的特点,用局部平面拟合山区地形表面,并将三维空间定位运算降为二维平面的定位运算来进行节点定位,有效提高了节点的定位精度.不同通信半径、不同锚节点比例、不同节点总数的多角度仿真实验结果显示,NLA-MT定位算法在山区地形场景中表现良好,有效提高了无线传感器网络非测距定位算法精度.     

基于双通信半径的传感器网络DV-Hop定位算法

为了减少传统的DV-Hop算法对未知节点定位时产生的较大误差,分析了影响传统DV-Hop算法定位精度的两个因素,继而提出了一种改进算法。改进算法在进行未知节点定位时,信标节点先后使用两个通信半径广播自身位置信息,从而获得未知节点与信标节点间更精确的跳数,并计算出它们之间更精确的距离,得到未知节点更精确的坐标。仿真结果显示,改进算法相比于传统DV-Hop算法相对定位误差减少了13%~15%,并且减少了由于网络拓扑结构不同带来的定位误差的差异性。     

基于最优锚节点的无线传感器网络节点定位算法

由于传感器节点能量受限,定位算法需要综合考虑定位误差、通信和计算开销等多方面的因素。分析了DV-Hop算法定位过程并总结出误差产生的主要原因,针对不同位置锚节点对定位误差的影响,提出了一种基于最优锚节点的定位算法—DV-Hop_Bon(DV-Hopbased on optimal nodes),最后使用Matlab进行了仿真实验,结果表明:新提出的定位算法在拥有较小通信半径情况下,能有效提高定位精度,并可广泛应用于无线传感器网络中。     

基于全局人工鱼群算法优化的DV-Hop定位算法

无线传感器网络具有大规模、自组织、可靠性、以数据为中心、集成化等特点,被广泛应用于军事、医疗、矿山监测、安全生产等领域。然而现有的无线传感器网络非测距定位算法还存在定位偏差较大问题。针对上述问题,本文提出一种基于全局人工鱼群算法优化的DV-Hop（Distance Vector Hop）定位算法（DEWF-D）。该算法对非测距定位算法中的DV-Hop算法出现误差的步骤进行优化处理,通过减小算法过程中出现的误差,最终得到较为精准的定位坐标。首先使信标节点以两种不同的通信半径传递消息,将跳数进行精确化处理,以减少跳数带来的误差,然后用最小均方误差准则和误差加权方式计算平均每跳距离,最后利用人工鱼群算法替换三边测量法进行坐标计算,同时又在人工鱼选择下一个位置时引入全局最优信息,并引入人工鱼的吞食行为,提高人工鱼群算法的精度以及收敛速度。通过仿真验证,在不同信标节点密度下,本算法与DV-Hop算法以及其他算法相比定位精度分别提升28.3%、6.9%、12.5%,而在不同通信半径下,定位精度提升了24.4%、7.6%、14.8%。证明DEWF-D算法能有效提升定位精度,解决了定位算法中出现的定位偏差较大问题。     

空间球交会的三维加权质心室内定位算法

针对室内定位缺少全球导航卫星系统(GNSS)信号,且传统定位方式定位精度特别是在高程上精度较低的问题,在分析普通三维定位算法、基于场强的三维加权定位算法和基于距离的三维加权定位算法基础上,提出了一种空间球交会的三维加权质心室内定位算法.该方法以未知点与接入点之间距离为半径绘制空间球体,任意两个空间球体构成一个空间球体对,将空间球体对位置关系划分为5种情况;引入前方交会原理,推导空间球体对与待测未知点的几何关系,反演得出5种情况的坐标计算公式;将距离倒数作为参考点权因子,计算未知点三维加权坐标.实验表明:该方法比普通三维定位算法、基于场强的三维加权定位算法和基于距离的三维加权定位算法定位误差明显减小,在点位高程方向上比这3种方法定位精度提高40%以上.     

基于RSSI-锚圆算法的无线传感器网络节点自定位研究

针对广域危险环境下无线传感器网络中锚圆内质心定位机制存在定位不够精确的缺点,以及基于RSSI测距算法有时会存在死区域的不足,本文在深入分析这两种定位机制的基础上,融合二者的优点,提出了一种有效的无线传感器网络节点自定位方法——基于RSSI-锚圆的定位算法.并对该定位算法进行了仿真实验,实验结果表明该算法计算的半径值与实际情况相符,提高了锚圆半径值的精度,从而大大提高了节点的定位精度.     

基于锚圆交点加权质心的无线传感器网络定位算法

针对无线传感器网络节点能量有限,基于距离的定位算法有时并不适用的问题,在研究了未知节点与其无线射程范围内的3个锚节点之间的通信约束和几何关系的基础上,提出了一种基于锚圆交点加权质心的定位算法。该定位算法仅基于网络连通性而不需要测量距离,算法计算量小,节点通信开销小。仿真结果表明,当在100m×100m的区域范围内随机部署100个传感器节点,通信半径为30m、锚节点密度为16%时,相对定位误差为22.7%。     

高精度无线传感器网络节点定位算法

无线传感器网络在很多领域都有着广泛的应用前景,尽可能精确地确定传感器节点的位置是应用无线传感器网络时首先需要解决的问题.提出了一种新的基于物理学中的质点力学相关原理的距离无关的定位算法,与现有的距离无关定位算法相比,除了距离无关定位算法共同具有的优点之外,能够将平均定位误差降低到节点通讯距离的16%以下.给出了算法的实现过程和仿真结果,并且利用仿真结果与DV_Hop(距离向量跳段)算法进行了比较.比较结果显示,文中算法的定位误差约为DV_Hop算法的50%,在满足邻居关系方面文中算法也具有很大的优势,在定位时间上文中算法则存在定位所需时间过长的不足之处.     

基于定位误差估计的锚节点布局优化

大多数现有研究忽略了室内定位系统的最佳锚节点布局问题,传统多边测量定位算法误差分析中,存在误差面积不规则、计算困难等问题,作者提出了一种实现最小定位误差的锚节点布局方法。使用几何分析和实验分析相组合的方法研究定位误差和锚节点布局之间的关系,通过几何面积关系精确计算了双锚节点定位误差,提出了一种新的误差上限估计方法,这一误差上限反映了锚节点的位置和锚节点处的误差,可以用于比较任意两个锚节点布局之间的最大误差,描述误差的立体分布。引入耗散均匀搜索粒子群算法(dissipative uniform search particle swarm optimization,DUPSO),提出了一种新的多锚节点空间布局优化算法,找到了一种可以最大限度减少最大定位误差的最优布局。为了验证本文方法适用于各种规则、不规则环境以及不同数量锚节点最优布局的求解,仿真实现了不同数目锚节点和不同环境下锚节点的最优布局,并对不同的锚节点布局方法进行了比较。实验结果表明,使用锚节点的最佳布局,室内定位系统可以获得更高的定位精度。本文的布局优化算法是通用的,在实践中具有可行性和有效性。     

无线传感器网络中的进化规划重采样定位算法

为了对无线传感器网络中随机分布的节点进行更精确的定位,提出了一种基于进化规划重采样的定位算法.在初始阶段进行位置采样并求得初始位置估计后,利用小规模的进化规划进行位置的重采样优化,然后使用迭代求得位置估计.在进化过程中,可以使用标准进化规划和元进化规划两种方法来得到重采样位置.仿真结果表明:对比同类算法,该算法将平均定位误差降低了20%左右;相对于标准进化规划,采用元进化规划的重采样具有更强的自适应能力,对定位算法的精度提升更加显著.     

3D indoor floor localization based on WiFi and PDR

A layered indoor 3D positioning technology based on WiFi positioning and Pedestrian Dead Reckoning (PDR) is proposed to solve the problem that the pedestrian can only get coordinates in the 2D plane and low accuracy of current indoor localization from intelligent terminal. In the PDR location, the pedestrian's horizontal walking or taking up-down stairs can be distinguished by detecting the pitch-rate mutation. Height change of the pedestrian is obtained by using the effective steps and stairs information. The equations of the two different behavior patterns are constructed and three-dimensional PDR is realized. In the part of the filter, a particle filter algorithm combining WiFi, PDR, building information and behavior patterns is proposed. By fusing the building information and behavior models into the weight calculation and the sampling of the particle, the localization precision is effectively improved. The results show that the average error of the horizontal location is 2.6m and the average error of the height estimation is 1.1m, which satisfies the demand of the individual intelligent terminal for the location service, with the elevation parameter enabling the user to recognize floor information.     

利用测距值优化的室内三维定位算法

为了解决实际误差分布与假设误差分布不匹配导致最小二乘三维定位算法精度较低的问题,提出一种基于测距值优化的最小二乘室内三维定位算法.结合残差修正、Cayley-Menger行列式及空间四面体几何约束,利用非线性规划方法优化测距值,使测距误差符合高斯分布特性,从而提高最小二乘三维定位算法的定位精度.实验对比分析结果显示,所提算法具有较高的定位精度及稳定性.     

无线传感网非测距三维节点定位算法

采用DV-hop算法中距离矢量跳数和平均跳距计算方法,依据几何学原理,引入位置估算偏差值,利用加权质心算法进行位置估算,设计了一种新的无线传感网非测距三维节点定位算法,给出了该算法设计的理论依据和实现步骤．仿真结果表明,作为非测距定位算法,在设定的三维空间中,随机放置40个锚结点,能对所有节点进行定位,并可以达到0.4以下的较高精度,而且通信开销相比于二维定位方法增幅不大．     

基于小样本的高精度室内停车场指纹定位算法

针对传统指纹定位算法在离线阶段采集样本工作量较大的问题,该文利用一种分区拟合值近似法（P-FP）来建立离线指纹库。为了解决在线阶段由于WiFi信号的波动导致的定位精度较低的问题,提出一种基于P-FP的设定阈值的序贯重要性采样（SIR）粒子滤波算法（PS-FP）来优化定位坐标。首先建立了路径的损耗模型,并对室内停车场进行分区拟合,得到每个分区的环境系数;然后用拟合值与实际测量值的差值来建立误差特性矩阵,并重新部署虚拟的参考节点（RP）;最后对离线指纹库进行C均值聚类。通过比较平均定位误差（MLE）寻找PS-FP算法的最优阈值,并采用PS-FP算法来优化在线定位坐标。实验结果表明,在部署很少的RP即获取样本比较少的条件下,PS-FP算法依然能达到较高的定位精度,其平均定位误差约为0.7 m。累积分布函数（CDF）的分析结果表明,采用PS-FP算法在2 m以内的定位误差能达到98%。     

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。     

一种改进的煤矿井下无线传感器质心定位算法

频繁的煤矿井下事故要求无线传感器网络能够更精确的对井下人员进行定位。利用修正加权质心算法进行定位存在较大的误差,针对该问题,在修正加权质心算法的基础上提出了一种改进的煤矿井下无线传感器质心定位算法,该算法将修正加权质心算法得到的质心作为新的锚节点,并通过多次选择、运行形成新的锚节点和质心的方法进行定位。仿真结果表明:不同的巷道宽度下,改变修正系数a的值就可以得到最佳的定位效果,同时可以通过仿真实验得到最佳定位效果下的修正系数a的值,从而使定位精度达到最好。通过比较两种算法的平均定位误差得到改进的煤矿井下质心定位算法在三种巷道宽度下分别将定位误差平均降低了0.792 6m,0.636 2 m,0.598 9 m。     

无线传感器网络三维节点的插值规划定位

针对无线传感器网络中传感器节点的初始位置未知的问题,提出一种基于插值和规划算法的无线传感器网络三维节点定位算法.该算法利用锚节点坐标将节点所在空间曲面建立,并利用接收信号强度指示（RSSI）值和无线信号传播模型推导出所有可通信节点间相对距离.最后,利用0-1规划在空间曲面上选出满足距离约束且与未知节点数量相同的插值节点,从而估计出未知节点的空间位置.该算法设计简单,通信开销少.仿真结果表明,该算法具有较小的节点定位误差,并具有良好的稳定性和扩展性.