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无线传感器网络是一种集中了传感技术、嵌入式技术、无线通信技术和分布式信息处理等技术的新型前沿技术,它在军事、民用等领域有着很高的应用价值和极其广阔的应用前景,是21世纪最重要的技术之一。节点定位技术是无线传感器网络研究的一个基本问题。该技术以其蕴涵的无穷商业潜力掀起了全球范围的研究热潮。本文从无线传感器网络节点定位的的测距和位置计算出发进行了研究和分析,提出了改进型的测距与位置计算方法。改进后的算法力求克服同类算法无法解决的问题,同时提供良好的算法性能。
本论文简述了无线传感器网络的基本概念和国内外的研究现状,介绍了无需测距的定位算法的优缺点,然后详细分析了几种最基本的典型的基于测距的定位算法,对目前无线传感器网络存在的挑战作了总结并对本课题的研究内容做了说明。通过研究接收信号强度与距离的对数正态模型,在常规的基于接收信号强度的测距模型的基础上提出了改进型测距估计算法,MATLAB仿真结果显示该算法达到更高的距离估计精度。通过对测距和定位模型的概率分析推导出未知目标节点的定位算法。通过该模型的极大似然估计可以得出未知目标节点位置,并且分析了基于该模型的定位算法的误差的下界。然后通过分析定位模型目标函数的特点,将该问题转化为求解非线性最小二乘问题,分析了求解该问题的常规方法:梯度法和凸集投影法,详细介绍了这两种方法的实现步骤、收敛特性,并对这两种方法取长补短引入改进型增量次梯度法的思想。该迭代算法不仅可以有效的改善梯度法可能在迭代过程中收敛于局部最小值的缺陷,而且可以避免凸集投影法造成的解不唯一性。
对于改进后迭代算法,设定了相应的仿真参数和条件,来测试和评估算法的性能。仿真结果与我们最初的设想相吻合,显示了良好的定位性能。改进型的迭代算法能够提供相对精确的定位结果,并且从一定程度上克服了同类定位算法存在的问题。论文的最后,总结了我所做研究工作并对后续研究内容作了展望。