无线传感网的分布式非测距三维定位算法

为解决三维空间无线传感器网络节点定位问题,基于区域立体网格化表示的思想,提出一种分布式非测距三维定位算法3D-DRL(three-Dimensional Distributed Range-free Localization).通过对立体网格投票,选取得票值最高的所有网格的质心作为未知节点的估计位置.3D-DRL无需未知节点间相互通信,具有较小的通信开销,不依赖于锚节点比例,且对网络拓扑结构具有鲁棒性.仿真结果表明,在无线传播环境理想、未知节点通信半径R=50 m、所有节点均随机部署在100 m×100 m×100 m三维区域的情况下,定位误差小于未知节点通信半径的8%,且通过调整VANR,能够实现所有节点的定位.     

可容忍信标误差的三维传感网节点定位方法

针对信标位置存在误差情况下的三维无线传感器网络节点定位问题,提出一种基于正交回归的多跳定位方法.同时考虑到自变量误差和因变量偏差对节点坐标估计的影响,基于约束加权正交回归参数估计准则,建立可容忍信标位置误差的三维多跳定位模型,解决了信标位置和距离估计两方面的误差并存时的节点自定位问题,并给出求解节点坐标最优值的数值方法;推导出相应的坐标估计精度评估标准3D-MCRB (3D Multi-hop Cramér-Rao Bound).仿真结果表明:此方法对信标位置误差和距离估计误差都具有较好的抑制能力,在大多数实验条件下,能将定位精度提高10%以上.     

无线传感器网络覆盖质量问题

降低功耗、延长寿命是无线传感器网络的一个重要问题,同时,对监测区域保持一定的覆盖质量才能及时捕捉到目标的状态变化.一种广泛采用的策略是选出能够满足监测区域质量要求的最小节点集作为工作节点,关闭其他冗余节点.因此,传感器网络中控制节点休眠与保持覆盖质量是两个重要方面.提出了一个数学模型,求解满足任意给定覆盖服务质量下所需的最小节点数.实验表明,当监测区域与节点感知区域比值较大时,提出的方法更为准确地计算出所需最小工作节点数,且此方法复杂度低、传感器节点的感知区域可以为任意形状.网络覆盖质量与节点休眠率同时达到最大化是一个NP难问题,采用遗传算法进行仿真实验尝试性解决这一问题,为传感器网络实际应用带来重要意义.     

基于序列Monte Carlo技术的动态节点定位

无线传感器网络中目标节点定位的准确性与定位频次对跟踪与监视精度有着重要的影响.为了提高目标跟踪精度,需要研究高效的网络节点定位算法.在分析传统基于Bayesian估计过程定位的基础上,讨论可利用基于采样的序列Monte Carlo算法解决移动节点的自主定位的算法,研究了序列Monte Carlo算法在无线传感器网络节点定位中的应用.利用该方法无需对传感器网络的先验知识和对节点移动的假设,利用低密度种子节点得到定位的精度较高.理论分析和仿真实验表明,利用序列Monte Carlo算法进行定位能够充分利用移动性来提高定位的精度,Monte Carlo定位算法很大程度上提高了定位效率,能够更有效地利用传感信息,降低不确定性因素的影响.      

一种复杂环境下的无线应急通信中继节点快速布点方法

无线应急通信作为综合应急保障体系的重要组成部分,在应对洪水、地震、海啸等自然灾害时有着传统网络无可比拟的便捷性和经济型.中继节点作为无线中继网络的关键环节,其选址将直接影响整个应急通信网络的性能.复杂环境无线应急通信中继节点选址依靠现场实地调查和测量,但会存在选址速度慢、中继节点冗余和通信链路质量差等问题.针对以往这些...     

能量有效的无线传感器网络分簇路由协议

无线传感器网络（WSNs）的应用前景非常广阔,得到了越来越广泛的关注,其中网络节能、降低功耗、延长寿命是WSNs必须解决的问题。对WSNs中典型的分簇路由协议进行了详细分析,通过对比研究,提出了一种基于节点间相关性的能量有效分簇路由协议——BCCP协议。在BCCP协议中,能耗均衡分簇算法利用节点间位置相关性与节点剩余能量,降低分簇迭代次数,得到分布均匀的簇首节点,降低簇内成员节点与簇首节点的通信能耗,以此降低网络能耗;降低能耗分簇算法利用节点间数据相似性与节点间协同性,降低簇内通信、簇间通信的数据量,以此降低网络能耗。实验结果表明,BCCP协议在能耗均衡、网络存活节点数、降低能耗方面与其他方法相比均有明显的优势。      

采用多重交点判别的传感器网络覆盖控制协议

在保证一定的覆盖质量前提下,延长传感器网络生存时间,提出一种以充分必要条件判断网络节点冗余性的分布式覆盖控制协议.该协议通过多重交点判别法则(MIER,Multi-Intersection Estimation Rule)对无线传感器网络进行分布式节点的动态休眠控制,从理论上证明了MIER法则是判断网络节点冗余性的充分必要条件,能保证目标区域不出现覆盖盲点同时使活跃节点数降至最低.实验表明,MIER法则比CCP法则有了很大改进,消除由于法则本身引起的盲点数目,能更好的运用于覆盖控制协议中,更为准确的判断节点是否应该工作或休眠,是判别节点是否冗余的充分必要条件;同时比Ottawa法则更加高效的减少整个网络功耗,延长网络寿命.     

无线传感器网络性能评价系统设计

针对无线传感器网络的性能评价指标多样、缺乏统一标准的问题,设计了一种无线传感器网络性能评价系统。该系统包括频谱分析子系统、电流采集子系统和无线传感器监测子系统,能够对无线传感器网络的空中频谱特征、网络中节点的工作电流特征、网络丢包和吞吐量特性进行采集、统计与分析,实现对无线传感器网络的性能评价。     

基于雾计算的无线传感器网络联合入侵检测算法

为了保障无线传感器网络的安全性,提出一种基于雾计算的联合入侵检测算法Fed-XGB。Fed-XGB算法通过引入雾计算节点扩展网络边缘,减少通信时延,在提升联合学习全局模型和局部模型准确率的同时,降低了传输带宽和隐私泄露风险;通过改进基于直方图的近似计算方法,适应无线传感器网络数据不均衡特征;通过引入TOP-K梯度选择,最小化模型参数上传次数,提高模型参数交互效率。实验结果表明: Fed-XGB算法的检测准确率在0.97以上,误报率在0.036以下,优于其他对比算法;在遭受中毒攻击及数据含噪的情况下,算法检测分类性能依然稳定,具有较强的鲁棒性。      

两飞行器间无线数据链通信区域建模

为实现两飞行器在飞行过程中的正常通信,需建立一套通信区域的计算模型.基于空地无线数据链通信,从其实现正常通信的条件出发,考虑通信链路中的发射机、接收机、收发天线、传输空间及地球曲率、飞行器姿态角以及飞行器的空间位置关系等因素,分析研究了飞行器间无线数据链通信区域,建立了两飞行器间无线数据链通信区域的数学模型,包括天线、飞行高度、两飞行器空间位置关系、通信区域模型等.该模型已成功应用于某型号,为分析建立在无线数据链通信方式基础上的空地无线传输系统通信区域提供了参考,也适用于飞船、卫星等其它空空、空地无线数据通信系统.     

仿人眼功能的三维激光扫描算法

针对目前国内外应用于移动机器人的三维激光扫描系统存在的扫描效率问题,提出了一种仿人眼功能的三维激光扫描算法.从仿生学角度出发,该算法模仿人类眼睛的扫描功能,对陌生环境进行分步扫描:根据当前的扫描信息,在线规划出下一步的扫描规律,以减少无用信息的获取;采用分步插补定位的方法来弥补分步扫描带来的时间消耗,从而提高了扫描系统的效率.为了满足扫描算法的在线处理对实时性的要求,采用了一种DSP(Digital Signal Processing)+FPGA(Field-Programmable Gate Array)的硬件平台架构:即DSP作主控制器负责三维信息的获取,FPGA作协处理器负责扫描算法的实现.实验结果表明仿人眼功能的扫描算法可以有效的提高三维扫描系统的扫描效率.     

基于Unity3D的月面复杂地形场景构建及模拟驾驶系统

为了验证未来复杂月面地形操控技术方案,本文基于Unity3D物理引擎对月表模型、月球物理环境以及月面光照环境进行了模拟,设计并开发了一套用于模拟月球自主进行着陆点选址以及在线航天器着陆轨迹规划的模拟系统。模拟系统的工作过程包含了：基于面阵雷达与立体相机信息融合的局部月表重建,基于3D重建结果的月表地形着陆代价的快速评估与自动着陆选址,以及使登陆器能够到达选址目标的最优燃料消耗着陆运动规划,实现了月球着陆器短距离自主选址着陆的模拟系统构建,同时也从仿真的角度初步验证了“地形重建-地形评估-自主选址-软着陆”这一自主着陆过程的可行性。     

无线传感器网络中的跨层路由协议

为了减少无线传感器网络中的干扰产生,降低由此引起多次重传后的分组丢弃从而导致的额外重传时延和能量消耗,改善网络的传输效率和能量效率,提出了一种基于跨层设计的干扰感知路由(IAR,Interference-Aware Routing)协议.与现有的基于竞争的路由协议不同,IAR协议引入节点干扰度和能量度作为选路代价,通过干扰和能量感知的路由选择机制实现路由建立.利用节点收到的发送请求、清除发送和应答分组的计数作为干扰度的计算依据,从而在路由选择中避开了干扰易发生区域;利用下一跳候选节点的初始和剩余能量作为能量度的计算依据,从而均衡了各节点的能量消耗,延长了整个网络的寿命.仿真结果表明,与动态码字路由和ad-hoc按需距离矢量路由协议相比,IAR协议提高了能量效率、改善了网络的吞吐量、分组投递率和时延等性能.     

无人直升机三维避障方法及仿真

自主避障是无人直升机（UH）在复杂未知环境中执行飞行任务所必须的能力。针对未知环境下UH避障飞行问题,提出了一种新的三维实时避障方法,通过将三维激光雷达探测视野划分成若干不同半径的扇形柱区和等角度分布的直方柱区,结合雷达探测数据判断障碍物分布情况,UH根据避障方法执行相应的规避动作来实现避障飞行。同时提出一种基于CATIA三维建模软件二次开发的三维仿真方法,该方法可以对未知的飞行环境进行三维建模,结合避障方法实现UH在其中的真实避障飞行模拟,并利用该仿真方法验证了三维避障方法的可行性。      

伪多源采样复域FastICA冲击定位算法

使用传感器阵列对材料结构冲击损伤进行定位,有助于及时发现损伤及潜在威胁,保障结构安全性。采用盲源分离(BSS)对传感器阵列信号进行预处理,提出单通道伪多源采样方法,利用每个传感器的分时段信息构建该传感器多源观测信号作为复域FastICA算法的输入,分离出每个传感器观测到的带有相位信息的冲击信号;结合阈值时延定位方法求解平面冲击事件的坐标。理论推导和数值仿真验证了本文设计的联合冲击定位算法的有效性。冲击定位平台上的实验结果表明,联合冲击定位算法可以从冲击-振动混合信号中分离出冲击信号,提高阵列传感器冲击定位的时延分析准确性。同时对传感器数量少于源信号的欠定BSS问题提供了一种解决方案。