基本模型方程為：
[0042] 0°(k)+az1(k)=b (2)
[0043] GM(1，1)基本模型方程的白化方程為：
[0045]求解上述白化方程，得到GM(1，1)基本模型的方位角一階累加值白化響應(yīng)序列為：
[0047] 其中，參數(shù)a，b滿足(a，b)T=(BTB)-聽?，而且
[0048] S24:根據(jù)白化響應(yīng)序列，得到方位角在下一時(shí)刻的一階累加值的灰色預(yù)測(cè)值 識(shí)〇 + 1)，對(duì)方位角在下一時(shí)刻的一階累加值的灰色預(yù)測(cè)值多+ 1)進(jìn)行一階累減還原， 得到方位角在下一時(shí)刻的灰色預(yù)測(cè)值。其中，方位角在下一時(shí)刻的灰色預(yù)測(cè)值為：
[0050] S3:將方位角灰色預(yù)測(cè)值作為對(duì)應(yīng)時(shí)刻的觀測(cè)值，并結(jié)合目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)模型，進(jìn) 行卡爾曼濾波，得到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的位置的卡爾曼估計(jì)值。具體的，S3包括：
[0051] S31:將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的方位角灰色預(yù)測(cè)值作為觀測(cè)值，建立觀測(cè)方程，并利用觀測(cè)方 程，將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程用矩陣形式表示。其中，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程表示為：
[0053] 其中，狀態(tài)矢量X(k) = [x(k)，y(k)，vx(k)，vy(k)]T，系統(tǒng)隨機(jī)擾動(dòng)噪聲為W(k) = [wx(k) wy(k) wvx(k) wvy(k)]T，其方差為
[0054] 2W(k) = [0wx 0"y 0wvx 0wvy]T，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為：
[0055] 觀測(cè)矢量Y(k) = [0(k)]為所需預(yù)測(cè)時(shí)刻的方位角值，運(yùn)算時(shí)用前述方位角序列及 其灰色預(yù)測(cè)值代入;觀測(cè)噪聲V(k) = [ve(k)]，觀測(cè)噪聲的方差為2V(k) = [0ve]。
[0056] (x(k)，y(k))是節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻k的位置坐標(biāo)，（vx(k)，vy(k))是節(jié)點(diǎn)在x，y兩個(gè)坐標(biāo)軸 方向上在時(shí)刻k的速度矢量，T是觀測(cè)時(shí)間之間的間隔，g x，gy是速度變化的系數(shù)。
[0057] S32:根據(jù)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程，進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)和方差預(yù)測(cè)。其中，狀態(tài)預(yù)測(cè) 為：
[0058] Xk|k-1= ?kXk-i|k-1 (7)
[0059] 方差預(yù)測(cè)為：
[0060] Pk|k-1= ?kPk-i|k-i?kT (8)
[0061]其中，Pk-i|k-1是k_l時(shí)刻狀態(tài)估計(jì)的方差。
[0062] S33:根據(jù)狀態(tài)預(yù)測(cè)與方差預(yù)測(cè)的結(jié)果，計(jì)算增益矩陣。其中，增益矩陣為：
[0063] Kk = Pk|k-iHkT(HkPk|k-iHkT+Xv⑴）-1 (9)
[0064] 其中，
Sv(k) = E(v(k)vT(k)) = [0ve]，x(k|k_l)，y(k|k_l)取值為(7)式中的狀態(tài)矢量預(yù)測(cè)值Xk|k-1 中的位置坐標(biāo)元素。
[0065] S34:根據(jù)增益矩陣，分別對(duì)狀態(tài)預(yù)測(cè)與方差預(yù)測(cè)的結(jié)果，進(jìn)行狀態(tài)濾波和方差濾 波，得到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的位置的卡爾曼估計(jì)值。
[0066] 在本步驟中，假定基于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)計(jì)算得到的方位角序列的末尾時(shí)刻為 n，則至少需從該序列中的(n-4)時(shí)刻開始，例如從第n-5時(shí)刻開始，利用GM( 1，1)模型對(duì)第n+ 1時(shí)刻的方位角觀測(cè)值進(jìn)行灰色預(yù)測(cè)，在本步驟進(jìn)行的卡爾曼濾波中，再從第n-5時(shí)刻的方 位角觀測(cè)值及狀態(tài)值開始遞推估計(jì)，其中觀測(cè)方程中的觀測(cè)量是方位角序列? (())的計(jì)算 值，增益矩陣和估計(jì)方差的初值可以設(shè)為零，獲得隨后各時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值、估計(jì)方差、增 益值的時(shí)間變化序列，然后從第n時(shí)刻開始，以方位角矢量的灰色預(yù)測(cè)值作為觀測(cè)方程中的 觀測(cè)量進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)(濾波），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行遞推估計(jì)，即通過n+1時(shí)刻的方位 角灰色預(yù)測(cè)值得到了目標(biāo)位置在第n+1時(shí)刻的卡爾曼估計(jì)值。
[0067] S4:根據(jù)卡爾曼位置估計(jì)值，構(gòu)造目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的新的方位角序列，并跳轉(zhuǎn)至S2,并在 得到所需時(shí)刻的所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置的估計(jì)值后，停止迭代。具體的，S4包括：
[0068] S41:根據(jù)卡爾曼位置估計(jì)值，得到對(duì)應(yīng)時(shí)刻的方位角計(jì)算值。其中，基于S3中得到 的第n+1時(shí)刻的卡爾曼位置預(yù)測(cè)值Xn+1| n+1，利用公式：
[0070] 計(jì)算第n+l時(shí)刻的方位角計(jì)算值
[0071] S42:比較方位角計(jì)算值eV+Dwn與方位角灰色預(yù)測(cè)值ev+i)之差的絕對(duì)值與 預(yù)測(cè)門限值的大小，判斷目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。其中，判別不等式為： 0Q(n+l)|>e，其中e^n+l)是由主步驟S2得到的n+1時(shí)刻的方位角灰色預(yù)測(cè)值， e是一個(gè)經(jīng)驗(yàn) 的門限值。
[0072] S43:若方位角計(jì)算值與方位角灰色預(yù)測(cè)值之差的絕對(duì)值大于預(yù)測(cè)門限值，則目標(biāo) 節(jié)點(diǎn)發(fā)生機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，將方位角計(jì)算值至方位角序列，否則方位角序列不變。
[0073] 即相當(dāng)于，若目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，則使eV+DzeV+Dka-，方位角序列 成為 @^ = {0?(1)，0?(2)，...，0? (11)，0?(11+1)};否貝1|，方位角序列仍為@^ = {0?(1)，0〇 (2),...,0°(n)}〇
[0074] 若構(gòu)造目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的方位角序列完成后，跳轉(zhuǎn)至S2,并且直到得到所需時(shí)刻的目標(biāo) 節(jié)點(diǎn)位置的卡爾曼估計(jì)值，停止迭代。
[0075] 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限制于上 述實(shí)施方式，在不脫離本申請(qǐng)的權(quán)利要求的精神和范圍情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作 出各種修改或改型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種DTN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟， S1:根據(jù)位置服務(wù)節(jié)點(diǎn)上當(dāng)前保存的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的方位 角序列； S2:對(duì)所述方位角序列進(jìn)行灰色預(yù)測(cè)，得到方位角在下一時(shí)刻的灰色預(yù)測(cè)值； S3:將方位角灰色預(yù)測(cè)值作為對(duì)應(yīng)時(shí)刻的觀測(cè)值，并結(jié)合目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)模型，進(jìn)行卡 爾曼濾波，得到所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的位置的卡爾曼估計(jì)值； S4:根據(jù)卡爾曼位置估計(jì)值，構(gòu)造所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的新的方位角序列后，跳轉(zhuǎn)至S2,并在 得到所需時(shí)刻的所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置的估計(jì)值后，停止迭代。2. 如權(quán)利要求1所述DTN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)方法，其特征在于，S2包括， S21:計(jì)算所述方位角序列直到保存數(shù)據(jù)最后時(shí)刻的一階累加值序列； S22:計(jì)算所述一階累加值序列的緊鄰均值序列； S23:根據(jù)所述緊鄰均值序列，建立GM(1，1)基本模型方程以及根據(jù)所述累加值序列，建 立GM(1，1)基本模型方程的白化方程，并求解所述白化方程，得到方向角一階累加值的白化 響應(yīng)序列； S24:根據(jù)所述白化響應(yīng)序列，得到方位角在下一時(shí)刻的一階累加值的灰色預(yù)測(cè)值，對(duì) 方位角在下一時(shí)刻的一階累加值的灰色預(yù)測(cè)值進(jìn)行一階累減還原，得到方位角在下一時(shí)刻 的灰色預(yù)測(cè)值。3. 如權(quán)利要求1所述DTN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)方法，其特征在于，S3包括， S31:將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的所述方位角灰色預(yù)測(cè)值作為觀測(cè)值，建立觀測(cè)方程，并利用所 述觀測(cè)方程，將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程用矩陣形式表示； S32:根據(jù)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程，進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)和方差預(yù)測(cè)； S33:根據(jù)所述狀態(tài)預(yù)測(cè)與所述方差預(yù)測(cè)的結(jié)果，計(jì)算增益矩陣； S34:根據(jù)所述增益矩陣，分別對(duì)所述狀態(tài)預(yù)測(cè)與所述方差預(yù)測(cè)的結(jié)果，進(jìn)行狀態(tài)濾波 和方差濾波，得到所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的位置的卡爾曼估計(jì)值。4. 如權(quán)利要求1所述DTN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)方法，其特征在于，S4包括， S41:根據(jù)所述卡爾曼位置估計(jì)值，得到對(duì)應(yīng)時(shí)刻的方位角計(jì)算值； S42:比較所述方位角計(jì)算值與所述方位角灰色預(yù)測(cè)值之差的絕對(duì)值與預(yù)測(cè)門限值的 大小，判斷所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)； S43:若所述方位角計(jì)算值與所述方位角灰色預(yù)測(cè)值之差的絕對(duì)值大于所述預(yù)測(cè)門限 值，則所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，將所述方位角計(jì)算值添加至所述方位角序列末尾，否則 所述方位角序列不變。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種DTN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)方法，其方法為利用灰色理論在當(dāng)前信息缺失的情況下，利用歷史數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的將來時(shí)刻的方位角進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將得到的方位角灰色預(yù)測(cè)值作為將來時(shí)刻的觀測(cè)值，結(jié)合節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)模型，并利用卡爾曼濾波算法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)位置估計(jì)，再通過迭代遞推，得到所需時(shí)刻的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置。本發(fā)明直接利用目標(biāo)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前保存的歷史數(shù)據(jù)，不需要復(fù)雜的趨勢(shì)和轉(zhuǎn)移概率計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了在信息缺乏情況下對(duì)DTN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置的預(yù)測(cè)。
【IPC分類】H04W4/02, H04W64/00
【公開號(hào)】CN105722030
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610080965
【發(fā)明人】卓永寧, 蘇冰, 王昭
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué), 中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所
【公開日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日