موقعيت‌يابي هدف متحرك در شبكه‌‌اي از حسگرهاي توزيع‌شده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

شبكه‌هاي حسگري توزيع‌شده با بهره‌گيري از چندگانگي فضايي و چندگانگي شكل موج، به ميزان قابل‌توجهي آشكارسازي و تخمين پارامترهاي اهداف را بهبود مي‌بخشند. تخمين موقعيت و سرعت اهداف كه به‌اختصار موقعيت‌يابي ناميده مي‌شود، يكي از جذاب‌ترين و البته چالش برانگيزترين مسائل مطرح‌شده در اين شبكه‌ها بوده است. در حالت كلي، روش‌هاي موقعيت‌يابي در دو دسته‌ي مستقيم و غيرمستقيم تقسيم‌بندي مي‌‌شوند. در روش‌هاي مستقيم، موقعيت و سرعت هدف از روي مشاهدات خام دريافت شده تخمين زده مي‌شوند. درحالي‌كه در روش‌هاي غيرمستقيم، در ابتدا مشاهدات خام پيش‌پردازش شده و مشاهدات واسطي تخمين زده مي‌شوند، كه موقعيت و سرعت هدف از روي اين مشاهدات واسط بدست مي‌آيند. اگرچه روش‌هاي مستقيم به‌صورت بالقوه دقت بالاتري را نسبت به روش‌هاي غيرمستقيم ارائه مي‌دهند، اما روش‌هاي غيرمستقيم به دليل پيچيدگي و حجم محاسبات كمتر و ارائه‌ي راه حل‌هاي داراي نمايش بسته، بيشتر مورد توجه قرارگرفته‌اند. در كاربرد‌هاي مختلف، انواع مشاهدات نظير جهت ورود سيگنال، تفاضل زمان دريافت و غيره به‌عنوان مشاهدات واسط براي موقعيت‌يابي اهداف در نظر گرفته ‌شده‌اند كه از جمله رايج‌ترين آن‌ها در موقعيت‌يابي غيرمستقيم، مي‌توان به تأخيرهاي زماني و جابجايي دوپلر در فركانس سيگنال ارسالي اشاره نمود. ازآنجايي ‌كه رابطه‌ي اين مشاهدات واسط با موقعيت و سرعت هدف غيرخطي و غير محدب است، از همين رو مسئله‌ي موقعيت‌يابي با چالش جدي مواجه بوده است. تخمينگرهاي چندمرحله‌اي يكي از رويكردهاي پركاربرد حل مسائل موقعيت‌يابي غيرمستقيم هستند كه تحت شرايطي به‌صورت مجانبي مؤثر بوده و به كران پايين كرامر-رائو دست مي‌يابند. بااين‌حال، وجود متغيرهاي اضافي در فرآيند مدل‌سازي اين تخمينگرها، كارآيي آن‌ها را به‌شدت تحت تأثير قرار داده و انتخاب مناسب اين متغيرها و حذف يا كاهش آن‌ها، مورد توجه محققان اين حوزه بوده است. تحقيقات اين رساله نيز بر مسائل موقعيت‌يابي غيرمستقيم يك هدف متحرك در شبكه‌هاي حسگري توزيع‌شده، با استفاده از تخمينگرهاي حداقل مربعات دومرحله‌اي متمركز بوده و در اين راستا سه تخمينگر پيشنهاد شده است. به‌طور خلاصه، در تخمينگر پيشنهادي اول، تعداد متغيرهاي اضافي ثابت و مستقل از تعداد حسگرهاي فرستنده و گيرنده است. در تخمينگر پيشنهادي دوم، با استفاده از عمليات جبري، متغيرهاي اضافي حذف ‌شده و همچنين معماري پردازش غيرمتمركز در بستر شبكه نيز ارائه مي‌گردد. در تخمينگر پيشنهادي سوم، ضمن در نظر گرفتن عدم قطعيت براي موقعيت و سرعت حسگرها، مسئله به‌صورت موقعيت‌يابي هذلولي مدل مي‌شود به‌گونه‌اي كه تعداد معادلات هذلولي مستقل افزايش ‌يابد. نشان مي‌دهيم كه هر سه تخمينگر پيشنهادي در مقايسه با تخمينگرهاي رقيب موجود، با قبول مصالحه‌ي ميان پيچيدگي محاسباتي و دقت موقعيت‌يابي، از عملكرد مطلوبي برخوردار هستند.

226520

مخابرات سيستم

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان