凸優化目標定位理論與方法

傳感器網絡目標定位理論與方法是多傳感器信息融合理論研究和應用的重要組成部分，本書圍繞傳感器網絡目標定位問題展開研究和討論，內容側重於傳感器網絡目標定位中的凸優化新理論、新方法、新進展、新方向。全書共9 章，其中，第1章主要介紹了多傳感器信息融合、傳感器網絡目標定位的理論與研究現狀，第 2~3 章分別介紹了參數估計和凸優化的基本理論;第4~7 章給出了基於 TOA、基於 TDOA、基於 TOF，以及基於 RSS 的凸優化目標定位方法等方面的最新研究成果，尤其給出了適應於傳感器網絡帶寬、傳感器節點能量有限的 TOA 量測量化方法;第 8~9 章分別給出了水聲傳感器網絡目標定位系統、超寬帶傳感器網絡目標定位系統的實現方法，並開展了定位實驗，進一步驗證本書所提出方法的有效性。

目錄
第1 章緒論//1
1.1 多傳感器信息融合概述//1
1.2 傳感器網絡目標定位基本理論//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 傳感器網絡目標定位研究現狀// 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 矢量參數的Cramer-Rao 下界19
2.3.2 矢量參數變換的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 凸函數定義// 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 章基於到達時間的傳感器網絡目標定位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 量測噪聲對定位性能的影響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傳感器網絡目標定位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 量測噪聲對定位性能的影響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 章基於距離量測的傳感器網絡目標定位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 方法計算復雜度// 105
6.5.2 與已有SDP 方法的關系// 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 量測噪聲對定位性能的影響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 網絡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傳感器網絡目標定位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 非高斯噪聲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 運算復雜度// 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 章水聲傳感器網絡目標定位系統149
8.1 引言// .149
8.2 水聲傳感器網絡硬件系統// 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 章超寬帶傳感器網絡目標定位系統165
9.1 引言// .165
9.2 UWB 硬件系統// .165
9.3 基於UWB 硬件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