基于最大似然估计的平均一致性时钟同步改进算法

基于一致性原理的时钟同步算法在无人机蜂群系统中有着重要的应用价值。实际中,节点间交互时钟信息的过程存在随机通信时延,将影响算法收敛性。针对这一问题,提出基于最大似然估计的平均一致性时钟同步改进算法。在节点时钟之间同时存在频差与相差条件下,利用相邻节点之间最近一次的时钟交互与前M次的时钟交互对相对时钟斜率做最大似然估计,克服随机时延对时钟同步的不利影响,实现了节点时钟同时存在频差与相差条件下的逻辑时钟同步。仿真结果表明,相较于平均一致性时钟同步算法以及基于最小二乘估计的时钟同步算法,本文所提算法在存在随机通信时延的情况下具有更好的稳定性,且同步精度更高。     

利用约束条件的定位偏差改进算法

针对最小二乘算法在强噪声条件下偏差较大的问题,将辐射源与辅助变量之间的关系作为约束条件代入最小二乘方程,提出一种基于约束条件的迭代定位算法。首先将约束条件代入代价函数,避免求解拉格朗日乘子,其次利用牛顿法迭代获得目标位置。新算法只需要很少的迭代次数即可收敛,计算量较小,能实现实时定位;另外传统迭代算法对于步长因子的选择十分敏感,而新算法只需用普通的牛顿法即可达到很好的定位效果。仿真结果表明,新算法不仅能有效减小估计偏差,还能降低门限效应带来的影响,对噪声具有较强的鲁棒性。     

基于概率的EPA Wireless时钟同步方法

针对在EPA Wireless协议中采用单报文广播(SPB)的时钟同步方法存在同步时间长、发送报文数目多、协议的宏周期长等问题,提出基于概率的用于EPA Wireless同步（PBS）方法.PBS只须分配较少的同步机会,每个机会中所有节点都以相等的概率发送同步报文.理论上PBS需要很少的时间和报文来保持节点和网关之间的同步,可以减少EPA Wireless的宏周期;此外PBS方法更加节能,并且可以减少网络流量.PBS方法的性能不会随着节点数目增多而明显下降.使用PBS,从节点与网关时钟之间的时钟偏差比SPB大,但是该偏差不会影响到协议的功能.将该方法在组建的无线网络上进行实验,结果表明：基于概率的时钟同步方法在实际上和理论上的性能是一致的.     

非视距环境下基于时域测量的刚体位姿估计

为了提升非视距环境下的刚体目标定位性能,提出了一种利用无线信号时域信息的刚体定位方法,来克服非视距误差对定位性能的影响。引入非视距误差作为辅助变量,将刚体节点位置估计转化为广义信赖域子问题;通过二分法估计出刚体节点的位置;运用奇异值分解求解非视距环境下刚体的位姿参数。计算机仿真验证了所提方法具有良好的定位性能。     

一种OFDM系统中的频偏定时联合估计算法

提出了一种在正交频分复用(OFTM)系统中同时对载波频偏和时钟采样偏差进行联合估计的算法.该算法仅利用一个前导OFDM符号,通过恰当的选择频点间隔,在接收端FFT处理前加入Hanning窗降低边带能量损失,将载波频偏和时钟采样偏差联合为一个变量.通过对此变量多个估计值的求解,得到载波频偏和采样定时偏差的估计值.     

基于信号旋转定位机制的LTE网络坐标捕获算法

针对LTE网络坐标捕获算法存在的信号抗噪能力较弱、定位坐标精度不高等问题,提出了一种基于信号旋转定位机制的LTE网络坐标捕获算法(CA-SRL算法)。考虑信道噪声及频率偏移对定位信号的干涉效应,结合角度映射及发射预成型过程,设计抗噪信号传输模型,利用正交定位的抗噪性能削弱信道噪声影响。通过角度映射中心与待定位终端之间存在的拓扑映射关系,构建基于锚节点—信号旋转方式的定位结构,依据待定位终端存在的频率偏差设计锚节点动态部署方案,提高定位过程的收敛效率。仿真实验结果表明,与常用的协商博弈坐标捕获方案和用户节点上行配对坐标捕获方案相比,CA-SRL算法的捕获坐标误差更小、坐标获取轮数更少。     

基于人工蜂群算法的双目标节点定位的研究

针对无线传感器网络中直接使用接收信号强度指引RSSI(Received Signal Strength Indicator)定位会出现节点翻转歧义问题,提出了双目标定位算法,把定位问题转化为求两个适应度函数的最优解问题。同时将收敛速度快且全局寻优性能优异的人工蜂群算法引入到双目标定位算法中。仿真实验表明,与基于模拟退火算法的定位算法相比,在相同锚节点个数,相同节点连接半径情况下,定位精度和精度稳定性都有明显提高。     

基于概率的EPA-Wireless时钟同步方法

针对EPA-Wireless协议中采用单报文广播的时钟同步(SPB)方法存在同步时间长、发送报文数目多、协议的宏周期长等问题,提出基于概率的用于EPA-Wireless同步(PBS)方法.PBS只需分配较少的同步机会,每个机会中所有节点都以相等的概率发送同步报文.理论上PBS只需更少的时间和报文来保持节点和网关之间的同步,并且可以减少EPA-Wireless的宏周期;此外PBS方法更加节能,并且可以减少网络流量.PBS方法的性能不会随着节点数目增多而明显下降.使用PBS,从节点与网关时钟之间的时钟偏差比SPB大,但是该偏差不会影响到协议的功能.将该方法在组建的无线网络上进行实验,结果表明,PBS可以降低80%以上的同步时间,证实了与理论结果完全致.     

基于多元变量泰勒级数展开模型的定位算法

传统Taylor级数展开模型只考虑未知节点和锚节点之间的距离,没有考虑未知节点之间的距离,定位信息不够全面,从而导致定位精度不高。为了进一步提高定位精度,该文提出了一种新的基于多元变量Taylor级数展开模型的定位算法。首先考虑未知节点之间的距离信息,建立新的基于多元变量Taylor级数展开的定位模型。然后,在对新的定位模型求解过程中,采用粒子群算法对未知节点进行定位,获得其位置的初始值。再根据加权最小二乘法求出新模型的解,作为未知节点的估计位置。最后,为评价该算法的性能,对定位结果的克拉美罗界（CRLB）进行推导。仿真结果表明基于多元变量Taylor级数展开模型的定位精度更高,定位误差接近CRLB。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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．