Адаптивная фильтрация параметров движения источника радиоизлучения на основе TDOA-измерений сенсорной сети при наличии аномальных измерений

Автор(и)

  • Сергей Яковлевич Жук Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", Україна https://orcid.org/0000-0002-0046-8450
  • Игорь Олегович Товкач Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", Україна https://orcid.org/0000-0002-5989-6126
  • Юлия Юрьевна Реутская Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", Україна https://orcid.org/0000-0003-1954-9100

DOI:

https://doi.org/10.20535/S002134701902002X

Ключові слова:

TDOA-измерения, сенсорная сеть, аномальные измерения, параметры движения источника радиоизлучения, смешанные марковские процессы, алгоритм адаптивного оценивания

Анотація

Методы на основе TDOA-измерений находят широкое применение для определения местоположения источника радиоизлучения с помощью беспроводных сенсорных сетей. В реальных условиях часто возникает необходимость учитывать наличие аномальных результатов измерений. Их появление означает существенное нарушение работы датчика сенсорной сети, что приводит к расходимости традиционных алгоритмов калмановской фильтрации параметров движения источника радиоизлучения. В работе на основе математического аппарата смешанных марковских процессов в дискретном времени синтезированы оптимальный и квазиоптимальный алгоритмы адаптивной фильтрации параметров движения источника радиоизлучения на основе TDOA-измерений сенсорной сети при наличии аномальных измерений. Оптимальный алгоритм описывает эволюцию совместной апостериорной плотности вероятности вектора параметров движения и переменных переключения, определяющих вид ошибок измерения датчиков сети. В полученном путем линеаризации уравнения измерения квазиоптимальном алгоритме реализован последовательный способ обработки поступающих данных и выполняется гауссовская аппроксимация апостериорной плотности вероятности параметров движения источника радиоизлучения. Для рассмотренного с помощью статистического моделирования примера разработанный квазиоптимальный алгоритм позволяет распознать появление аномальных ошибок измерений с вероятностью, близкой к единице, и устранить их влияние на точность определения параметров движения источника радиоизлучения.

Біографія автора

Сергей Яковлевич Жук, Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского"

Scopus author ID: 7003845214

Посилання

Emery, M.; Denko, M. “IEEE 802.11 WLAN based real-time location tracking in indoor and outdoor environments,” Proc. of Canadian Conf. on Electrical and Computer Engineering, CCECE’07, 22-26 Apr. 2007, Vancouver, Canada. IEEE, 2007, p. 1062–1065. DOI: https://doi.org/10.1109/CCECE.2007.271.

Xu, E.; Ding, Z.; Dasgupta, S. “Target tracking and mobile sensor navigation in wireless sensor networks,” IEEE Trans. Mobile Comput., Vol. 12, No. 1, p. 177-186, Jan. 2013. DOI: https://doi.org/10.1109/TMC.2011.262.

Sinclair, A. J.; Lovell, T. A.; Darling, J. “RF localization solution using heterogeneous TDOA,” IEEE Aerospace Conf., 7-14 Mar. 2015, Big Sky, USA. IEEE, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/AERO.2015.7119256.

Mahfouz, S.; Mourad-Chehade, F.; Honeine, P.; Farah, J.; Snoussi, H. “Target tracking using machine learning and Kalman filter in wireless sensor networks,” IEEE Sensors J., Vol. 14, No. 10, p. 3715-3725, Oct 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2014.2332098.

Лю, Ф.; Ли, Х.; Ян, Ч. “Метод оценивания последовательно отсутствующих данных сенсоров с использованием глубокой нейронной сети,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 61, № 6, с. 336-348, 2018. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347018060043.

Alsheikh, Mohammad Abu; Lin, Shaowei; Niyato, Dusit; Tan, Hwee-Pink. “Machine learning in wireless sensor networks: Algorithms strategies and applications,” IEEE Commun. Surveys & Tutorials, Vol. 16, No. 4, p. 1996-2018, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/COMST.2014.2320099.

Amar, Alon; Leus, Geert. “A reference-free time difference of arrival source localization using a passive sensor array,” IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop, 4-7 Oct. 2010, Jerusalem, Israel. IEEE, 2010, pp. 157-160. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/SAM.2010.5606725.

Zhang, X.; Huang, J.; Wang, Y.; Zhou, Y. “An efficient estimator for target localization in a multistation redundancy system without matrix inversion,” J. Sensors, Vol. 2018, p. 1-12, 2018. DOI: https://doi.org/10.1155/2018/6362939.

Rullan-Lara, Jose L.; Sanahuja, Guillaume; Lozano, Rogelio; Salaza, Sergio; Garcia-Hernandez, Ramon; Ruz-Hernandez, Jose A. “Indoor localization of a quadrotor based on WSN: a real-time application,” Int. J. Advanced Robotic Systems, Vol. 10, No. 1, 2013. DOI: https://doi.org/10.5772/53748.

El Gemayel, N.; Koslowski, S.; Jondral, F. K.; Tschan, J. “A low cost TDOA localization system: Setup, challenges and results,” Proc. of 10th Workshop on Positioning, Navigation and Communication, WPNC, 20-21 Mar. 2013, Dresden Germany. IEEE, 2013, pp. 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/WPNC.2013.6533293.

El Gemayel, Noha; Jakel, Holger; Jondral, Friedrich K. “Error analysis of a low cost TDoA sensor network,” Proc. of IEEE/ION Position, Location and Navigation Symp., 5-8 May 2014, Monterey, USA. IEEE, 2014, pp. 1140-1145. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/PLANS.2014.6851484.

Wan, Pengwu; Li, Zan; Hao, Benjian. “Time delay estimation of co-frequency signals in TDOA localization based on WSN,” Proc. of Int. Conf. on Computer, Information and Telecommunication Systems, CITS, 6-8 Jul. 2016, Kunming, China. IEEE, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/CITS.2016.7546399.

Makki, Ahmed; Siddig, Abubakr; Saad, Mohamed; Cavallaro, Joseph R.; Bleakley, Chris J. “Indoor localization using 802.11 time differences of arrival,” IEEE Trans. Instrumentation Meas., Vol. 65, No. 3, p. 614-623, Mar 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/TIM.2015.2506239.

Куприянов, А. И.; Сахаров, А. В. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы: Учеб. пособие. М.: Вузовская книга, 2007. 356 с.

Сирота, А. А.; Кирсанов, Э. А. “Нейросетевые и статистические алгоритмы оценки координат источника радиоизлучения в многопозиционных радиосистемах при наличии аномальных ошибок измерения первичных параметров,” Известия вузов. Радиоэлектроника, T. 49, № 4, С. 19–27, 2006. URI: http://radio.kpi.ua/article/view/S0021347006040030.

You, He; Jianjuan, Xiu; Xin, Guan. Radar Data Processing with Applications. Wiley, 2016. DOI: https://doi.org/10.1002/9781118956878.

Tovkach, I. O.; Zhuk, S. Ya. “Recurrent algorithm for TDOA localization in sensor networks,” J. Aerosp. Technol. Manag., Vol. 9, No. 4, p. 489-494, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.5028/jatm.v9i4.727.

Евланов, П. А.; Жук, С. Я. “Комплексирование измерителей с отказами,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 33, № 7, c. 40–45, 1990.

Тихонов, В. И.; Харисов, В. Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. Учебное пособие для вузов. 3-е изд. М.: Горячая Линия–Телеком, 2014. 607 с.

Трифонов, А. П.; Шинаков, Ю. С. Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех. М.: Медиа,. 2012. 264 с.

Жук, С. Я. “Синтез цифровых обнаружителей-измерителей смешанных марковских процессов,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 32, № 11, с. 31–37, 1989. URI: http://radio.kpi.ua/article/view/S002134701989110063.

Товкач, И. О.; Жук, С. Я. “Адаптивная фильтрация параметров движения источника радиоизлучения при комплексном использовании данных сенсорной сети, полученных на основе методов TDOA и RSS,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 60, № 12, с. 685–695, 2017. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347017120020.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-03-26

Як цитувати

Жук, С. Я., Товкач, И. О., & Реутская, Ю. Ю. (2019). Адаптивная фильтрация параметров движения источника радиоизлучения на основе TDOA-измерений сенсорной сети при наличии аномальных измерений. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(2), 81–92. https://doi.org/10.20535/S002134701902002X

Номер

Том 62 № 2 (2019)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.