專利名稱：一種基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，具體是指無線通系統(tǒng)中基于博弈論的移動位置 跟蹤算法。
背景技術(shù)：
無線通信系統(tǒng)屮的移動目標定位與跟蹤因其市場需求引起了學術(shù)界、業(yè)界
的廠泛關(guān)注，己出現(xiàn)多種無線技術(shù)進行室內(nèi)定位，包括室內(nèi)GPS、RFID、工R、WLAN、 Bluetooth,它們利用定位網(wǎng)絡(luò)，通過接收到的信號參數(shù)，根據(jù)特定的算法對個 人或者物體在某一時刻所處的位置進行測量來完成定位。[=1前主要采用卡爾曼 濾波、擴展卡爾曼濾波算法實現(xiàn)移動目標跟蹤。然卡爾曼濾波算法要求觀測噪 聲與過程噪聲為高斯白噪聲；而在實際情況中觀測噪聲不是高斯白噪聲，因此 卡爾曼濾波算法在實際應用存在很多缺陷。粒子濾波算法以及蒙特卡羅方法， 由于其對系統(tǒng)和噪聲的性質(zhì)沒有過多的限制，因此被廣泛應用到目標跟蹤與導
航領(lǐng)域。粒子濾波算法的計算量很大，且在迭代過程中會出現(xiàn)粒子退化現(xiàn)象， 同時模型的不確定性以及信息的不完備也弱化了粒子濾波算法的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有無線通信技術(shù)存在的所述缺陷，提 出一種基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算法，它將噪聲建模為博 弈對手(相對于估計子)，博弈對手生成的噪聲序列包含隨機噪聲與確定性的估 計誤差兩個部分，噪聲的目標是最大化位置跟蹤誤差，而估計子的目標則是最 小化位置跟蹤誤差，由此通過微分博弈理論，求解博弈目標函數(shù)的鞍點進行移
動位置的估計，算法具有移動位置跟蹤精度高特點。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述無線通信技術(shù)中基于博弈論的移動位置跟蹤算 法的步驟為
1. 給定錨節(jié)點位置坐標以及加速度模型；
2. 建立觀測等式；
3. 建立狀態(tài)與觀測等式系統(tǒng)，將狀態(tài)等式系統(tǒng)中的噪聲相對于位置估計 子建模為博弈對手；
4. 定義估計子結(jié)構(gòu)與估計誤差；
5. 定位誤差分解；
6. 建立博弈目標函數(shù)；
7. 求解博弈目標函數(shù)的鞍點，由此實現(xiàn)移動位置跟蹤。
以下對本發(fā)明做出進一歩說明。
本發(fā)明的技術(shù)原理是，目前現(xiàn)有技術(shù)主要采用卡爾曼濾波、擴展卡爾曼濾 波算法實現(xiàn)移動目標跟蹤。然卡爾曼濾波算法要求觀測噪聲與過程噪聲為高斯
白噪聲；而在實際情況中觀測噪聲不是高斯白噪聲，因此卡爾曼濾波算法在實
際應用存在很多缺陷。粒子濾波算法以及蒙特卡羅方法，由于其對系統(tǒng)和噪聲 的性質(zhì)沒有過多的限制，閑此被廣泛應用到目標跟蹤與導航領(lǐng)域。粒子濾波算 法的計算量很大，且在迭代過程中會出現(xiàn)粒子退化現(xiàn)象，同時模型的不確定性 以及信息的不完備也弱化了粒子濾波算法的優(yōu)勢。本發(fā)明將噪聲建模為博弈對 手(相對于估計子)，博弈對手生成的噪聲序列包含隨機噪聲與確定性的估計誤 差兩個部分，噪聲的目標是最大化位置跟蹤誤差，而估計子的目標則是最小化 位置跟蹤誤差，由此通過微分博弈理論，求解博弈目標函數(shù)的鞍點進行移動位 置的估計，因此算法具有移動位置跟蹤精度高的特點。
由以上可知，本發(fā)明為基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算法， 它將噪聲建模為位置估計與跟蹤算法的博弈對手，通過微分博弈理論求解博弈 的鞍點，從而實現(xiàn)移動位置跟蹤，具有精度高、靈活性大的特點。
具體實施例方式
本發(fā)明所述方法的一種具體實施步驟是
1、給定/個錨節(jié)點的位置坐標0Cyr"'"";M:o,i，…,"以及移動節(jié)點到
錨節(jié)點的距離《Z =、…"，以及加速度"=的模型；其中《"二 、…"表
示第移動節(jié)點到第/個錨節(jié)點的距離，"=(^' )表示移動節(jié)點在:c， y軸的加
2、建立觀測等式設(shè)k時刻移動節(jié)點到各錨節(jié)點的距離(
其中《=K..".'',d*:,,J ，
將《中第一項減去第二項，第二項減去第三項，依次類推，并整理得:
<formula>formula see original document page 7</formula>
A,^為移動節(jié)點的/H寸刻的位置坐標，《表示)t時刻移動節(jié)點到第/個錨節(jié)點的 距離.
3、建立狀態(tài)與觀測等式系統(tǒng)
<formula>formula see original document page 8</formula>
4、 定義估計子結(jié)構(gòu)與估計誤差，其中估計子的結(jié)構(gòu)為
poifl = 0
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中戸；,表示^+i時刻的位置估計
定位誤差為e,:
<formula>formula see original document page 8</formula>
而估計誤差的動態(tài)系統(tǒng)(即隨時間的演化)可表示為
e。=戸o
』=04 -+ + h + 、 - ^
5、 定位誤差分解，進一步說就是將誤差^分解為兩個部分^，
— _
各部分誤差隨時間的演化可表示為
<formula>formula see original document page 8</formula><formula>formula see original document page 8</formula><formula>formula see original document page 8</formula>
6、 建立博弈目標函數(shù)J(^，丄,)
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中&為任意的正定加權(quán)矩陣。
7、 求解博弈目標函數(shù)的鞍點(iC4)，實現(xiàn)移動位置軌跡，即求解(〈，A)滿 足以下關(guān)系
<formula>formula see original document page 8</formula>，對所有的(&人)。
其中，給定移動節(jié)點的初始位置，以及加速度模型，錨節(jié)點坐標，則算法
的具體步驟如下
1、 給定線性系統(tǒng)
<formula>formula see original document page 9</formula>
2、 初始化
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中0。表示初始位置的均值
3、 對于& = 0,1，...,重復下面計算 a選擇參數(shù)《.
b計算如下狀態(tài)估計
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中4表示&時刻的位置估計均值
c驗證(J-G眾GD^0，如果不滿足，則重新選擇減小參數(shù)《，轉(zhuǎn)到步驟a 其中/表示單位矩陣。
權(quán)利要求
1、一種基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算法，其特征是，它的步驟為a給定錨節(jié)點位置坐標以及加速度模型；b.建立觀測等式；c.建立狀態(tài)與觀測等式系統(tǒng)，將狀態(tài)等式系統(tǒng)中的噪聲相對于位置估計子建模為博弈對手；d.定義估計子結(jié)構(gòu)與估計誤差；e.定位誤差分解；f.建立博弈目標函數(shù)；g.求解博弈目標函數(shù)的鞍點，由此實現(xiàn)移動位置跟蹤。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算法， 其特征在于，所述給定錨節(jié)點位置坐標以及加速度模型為給定l個錨節(jié)點的位置坐標(xianchor,gianchor),i = 0，1，…,l，以及移動節(jié)點到錨節(jié)點的距離di,i=1,...l,以及加速度a= (ax,ay)的模型，其中di,i=1,...l表示第移動節(jié)點到第i個錨節(jié)點 的距離，a=(ax,ay)表示移動節(jié)點在x, y軸的加速度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算法，其特征在于，所述建立觀測等式為設(shè)k時刻移動節(jié)點到各錨節(jié)點的距離dk12<formula>see original document page 2</formula>其中<formula>see original document page 2</formula>將dk12中第一項減去第二項，第二項減去第三項，依次類推，并整理得<formula>see original document page 3</formula>其中<formula>see original document page 3</formula>Xk, Yk為移動節(jié)點的Jt時刻的位置坐標，<formula>see original document page 3</formula>表示k時刻移動節(jié)點到第l個錨節(jié)點的距離。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算法，其特征在于，所述狀態(tài)與觀測等式系統(tǒng)為<formula>see original document page 3</formula>其中Vk，Wk為單位方差的白噪聲序列且互不相關(guān)，A為博穽對手(adversary)生成的 噪聲序列，《p。.;A.) + nA)，其中&為估計子增益，A是需要求解的 對手增益，G,為根據(jù)先驗知識給定的矩陣，A為噪聲序列，且與Vk, Wk互不相關(guān)；<formula>see original document page 3</formula>,系數(shù)矩陣<formula>see original document page 3</formula>,而<formula>see original document page 3</formula>，ΔT為采樣間隔，系數(shù)矩陣<formula>see original document page 3</formula>,O表示I*4的矩陣，postk為移動節(jié)點坐標，速度，加速度組成的向量。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算法，其特征在于，所述定義估計子結(jié)構(gòu)與估計誤差為<formula>see original document page 4</formula>其中，4"表示A+1時刻的位置估計定位誤差為q<formula>see original document page 4</formula>而估計誤差的動態(tài)系統(tǒng)可表示為<formula>see original document page 4</formula>
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算法， 其特征在于，所述定位誤差分解為誤差&分解為兩個部分<formula>see original document page 4</formula>此時，它們隨時間的演化分別表示為<formula>see original document page 4</formula>
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算 法，其特征在于，所述目標函數(shù)J(&，A)為<formula>see original document page 4</formula>其中&為任意的正定加權(quán)矩陣， 目標函數(shù)的最優(yōu)解為微分博弈的鞍點(&',z:)，即滿足<formula>see original document page 4</formula>
全文摘要
一種基于博弈論的無線通信系統(tǒng)中的移動位置跟蹤算法，其步驟為給定錨節(jié)點位置坐標以及加速度模型；建立觀測等式；建立狀態(tài)與觀測等式系統(tǒng)，將狀態(tài)等式系統(tǒng)中的噪聲相對于位置估計子建模為博弈對手；定義估計子結(jié)構(gòu)與估計誤差；定位誤差分解；建立博弈目標函數(shù)；求解博弈目標函數(shù)的鞍點，由此實現(xiàn)移動位置跟蹤。本發(fā)明具有精度高、靈活性大的特點。
文檔編號H04Q7/38GK101201397SQ20071019242
公開日2008年6月18日 申請日期2007年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者曾凡仔, 李仁發(fā), 娟 羅, 陳志斌, 陳苗苗 申請人:湖南大學