空间中基于局部测量的协同定位和环境构建算法研究

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由于很小的传感器节点具备较强的数据感知、数据处理能力,基于传感器节点相互协作的无线传感网络广泛应用于智能城市、智能生活、军事、交通以及监控等应用场合。协同定位和环境构建问题是无线传感器网络领域的一个重要问题,受到了很多国内外专家学者的关注,在这过程中也取得了很多的成就。但是现阶段的定位算法大多数以集中式算法为主,不仅需要一个具有很强的运算能力和储存能力的中心节点,集中式算法对硬件的要求也比较高。环境构建问题起步较定位问题晚一些,但发展迅速。本文主要研究了二维和三维环境下基于传感器网络局部测量的协同定位和环境构建问题,具体研究工作如下:对于二维空间下的定位和环境构建的问题,通过引入虚拟节点,将协同定位和环境构建问题转换为单纯的节点定位问题。考虑测量数据中存在噪声的情况,利用证明的关于随机向量在坐标轴分布特性不变性的定理,消除了由于旋转矩阵未知带来的关于噪声的方差矩阵无法求解的难题。最后通过分布式加权最小二乘法求解节点的估计位置。对于三维空间下的协同定位和环境构建的问题,由于三维空间无法使用复数表示节点的位置坐标,二维空间中的复Laplacian矩阵无法直接在三维空间中使用,通过对Laplacian矩阵进行克罗内克积的求解,将二维空间下的分布式迭代算法应用到三维空间中。另外,对于噪声环境下的环境构建,采用分布式最小二乘的方法,求得关于墙面参数的最优解。使用MATLAB分别对二维和三维环境下的算法在不同的环境设置下进行了仿真实验,从而验证了算法的有效性。
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