凸優化目標定位理論與方法

第1章 緒論//1
1．1 多感測器資訊融合概述//1
1．2 感測器網路目標定位基本理論//3
1．2．1 目標定位模型// 4
1．2．2 目標定位結構// 6
1．2．3 目標定位方法// 8
1．3 感測器網路目標定位研究現狀// 9
1．4 本書主要內容// 13

第2章 參數估計基本理論// 15
2．1 引言// 15
2．2 估計性能評估// ．15
2．2．1 最小方差準則// 15
2．2．2 線性無偏估計準則// 17
2．3 Cramer-Rao 下界// 18
2．3．1 向量參數的Cramer-Rao 下界19
2．3．2 向量參數變換的Cramer-Rao 下界19
2．3．3 一般高斯情況的Cramer-Rao 下界20
2．4 最小二乘估計// ．21
2．4．1 線性最小二乘估計// 21
2．4．2 約束最小二乘估計// 22
2．4．3 非線性最小二乘估計// 23
2．4．4 序貫最小二乘估計// 24
2．5 最大似然估計// ．26
2．5．1 最大似然估計的定義// 26
2．5．2 最大似然估計的性質// 26
2．5．3 最大似然估計的求解// 27
2．6 本章小結// 29

第3章 凸優化基本理論// 31
3．1 一般優化問題和凸優化問題// 31
3．1．1 一般優化問題// 31
3．1．2 凸優化問題// 32
3．1．3 常見線性約束的凸優化問題35
3．2 凸集// 36
3．2．1 凸集定義// 36
3．2．2 常見凸集及其定義// 36
3．2．3 凸集合的保凸運算// 38
3．3 凸函數// 38
3．3．1 凸函式定義// 38
3．3．2 凸函數判斷條件// 39
3．3．3 常見凸函數// 39
3．3．4 凸函數的保凸運算// 40
3．4 Lagrange 對偶與KKT 條件// 40
3．4．1 Lagrange 對偶函數// 40
3．4．2 Lagrange 對偶問題// 41
3．4．3 KKT 條件// 42
3．5 廣義不等式約束的凸優化問題42
3．5．1 廣義不等式// 42
3．5．2 廣義不等式約束的凸優化// 43
3．5．3 半正定規劃// 44
3．5．4 二階錐規劃// 45
3．6 本章小結// 45

第4章 基於到達時間的感測器網路目標定位46
4．1 引言// 46
4．2 問題描述// 48
4．3 基於量化TOA 的SDP 目標定位方法．51
4．4 錨節點存在位置誤差時目標定位方法56
4．4．1 最大似然問題建模// 56
4．4．2 半正定鬆弛// 57
4．5 Cramer-Rao 下界// 61
4．6 性能模擬及分析// 63
4．6．1 量測雜訊對定位性能的影響64
4．6．2 特徵參數對定位性能的影響65
4．6．3 節點位置誤差對定位性能的影響．67
4．7 本章小結// 68

第5章 基於到達時間差的感測器網路目標定位70
5．1 引言// 70
5．2 問題描述// 72
5．3 基於TDOA 的SDP 目標定位方法73
5．3．1 SDP 目標定位方法// 73
5．3．2 擴展的SDP 目標定位方法// 76
5．4 錨節點存在位置誤差時目標定位方法78
5．4．1 最大似然問題建模// 78
5．4．2 半正定鬆弛// 79
5．5 多徑條件下目標定位方法// 82
5．6 性能模擬及分析// 84
5．6．1 量測雜訊對定位性能的影響85
5．6．2 特徵參數對定位性能的影響87
5．6．3 節點位置誤差對定位性能的影響．90
5．7 本章小結// 92

第6章 基於距離量測的感測器網路目標定位94
6．1 引言// 94
6．2 問題描述// 95
6．3 基於TOF 的SDP 目標定位方法97
6．3．1 錨節點位置誤差下最大似然問題建模．97
6．3．2 半正定鬆弛// 98
6．4 Cramer-Rao 下界// ．102
6．5 理論分析// 105
6．5．1 方法計算複雜度// 105
6．5．2 與已有SDP 方法的關係// 106
6．5．3 與錨節點位置誤差有關的約束的實質．107
6．5．4 唯一可定位性分析// 108
6．6 性能模擬及分析// 110
6．6．1 量測雜訊對定位性能的影響112
6．6．2 特徵參數對定位性能的影響113
6．6．3 節點位置誤差對定位性能的影響115
6．6．4 網路規模對定位性能的影響115
6．7 本章小結// 117

第7章 基於接收信號強度的感測器網路目標定位119
7．1 引言// ．119
7．2 問題描述// 120
7．3 基於RSS 的協作目標定位方法122
7．3．1 兩種SOCP 目標定位方法123
7．3．2 非高斯雜訊下協作目標定位方法125
7．4 基於RSS 的非協作目標定位方法127
7．4．1 Two-Step 目標定位方法// 127
7．4．2 目標輻射能量和位置聯合估計方法131
7．5 Cramer-Rao 下界// ．135
7．6 理論分析// 136
7．6．1 方法對比// 136
7．6．2 運算複雜度// 136
7．7 性能模擬及分析// 137
7．7．1 信噪比對定位性能的影響// 138
7．7．2 特徵參數對定位性能的影響142
7．7．3 節點位置誤差對定位性能的影響146
7．8 本章小結// 147

第8章 水聲感測器網路目標定位系統149
8．1 引言// ．149
8．2 水聲感測器網路硬體系統// 150
8．3 目標定位實驗// 151
8．3．1 實驗系統構建// 151
8．3．2 實驗結果分析// 153
8．4 本章小結// 164

第9章 超寬頻感測器網路目標定位系統165
9．1 引言// ．165
9．2 UWB 硬體系統// ．165
9．3 基於UWB 硬體系統的定位方法實現167
9．4 目標協同定位實驗// 168
9．4．1 實驗系統構建// 168
9．4．2 實驗結果分析// 168
9．5 本章小結// 169

參考文獻// 170
縮略詞// 181
符號// 183

閆永勝，西北工業大學航海學院副教授，中國造船工程學會青年工作委員會委員。研究方向是感測器網路的資訊融合、信號處理中的機器學習方法，涉及的主要應用有：目標檢測、目標定位、目標跟蹤、空天地海一體化網路等。主持了包括國家自然科學基金面上專案、國防173計畫重點項目課題、國防某技術領域基金、某國防重點專項等多項科研專案，以第一作者發表學術論文二十餘篇；獲國防科學發明獎三等獎2項；獲中國兵工學會兵器科學與技術學科全國優秀博士學位論文、陝西省優秀博士學位論文。
 
王海燕，西北工業大學航海學院教授、博導。現任中國工程碩士教育指導委員會委員，陝西省學位委員會委員。兼職總裝某專業組委員、國防創新特區主題專家組專家，中國船舶儀器儀錶學術委員會副主任委員，海軍艦船裝備技術保障專家，水中目標特性重點實驗室客座專家，中國造船工程學會高級會員。主持完成了包括國家科技重大專項、國防重點科研專案、國家973計畫項目、國家自然基金項目等20余項的科研任務，長期致力於中國深遠海科學及應用技術領域研究工作，先後獲得國防科學技術進步獎、國防科技發明獎、中船科技進步獎等16項，授權發明專利30餘件，發表高水準學術論文140餘篇。並榮獲2015年科學中國人年度人物獎。
 
申曉紅，西北工業大學教授、博士生導師，中國電子協會高級會員，IEEE會員。主要從事資訊與通信工程、武器系統與運用工程、檢測技術與自動化裝置專業的教學和科研工作，西北工業大學資訊與通信工程學位元評定分委員會副主席。曾獲西北工業大學最滿意教師、陝西省高校“巾幗建功標兵”榮譽稱號。主持或參與完成了包括國家科技重大專項、國防重點科研項目、“973”、“863”、國家自然基金專案等20余項科研任務，獲國防科學技術二等獎3項，三等獎5項，陝西省科技一等獎1項，授權發明專利26件，近五年來在國內外期刊及會議上發表論文70餘篇，出版教材1部。