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)白化響應序列，得到方位角在下一時刻的一階累加值的灰色預測值 識〇 + 1)，對方位角在下一時刻的一階累加值的灰色預測值多+ 1)進行一階累減還原， 得到方位角在下一時刻的灰色預測值。其中，方位角在下一時刻的灰色預測值為：
[0050] S3:將方位角灰色預測值作為對應時刻的觀測值，并結(jié)合目標節(jié)點的運動模型，進 行卡爾曼濾波，得到目標節(jié)點在對應時刻的位置的卡爾曼估計值。具體的，S3包括：
[0051] S31:將目標節(jié)點的方位角灰色預測值作為觀測值，建立觀測方程，并利用觀測方 程，將目標節(jié)點的運動狀態(tài)方程用矩陣形式表示。其中，運動狀態(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)隨機擾動噪聲為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] 觀測矢量Y(k) = [0(k)]為所需預測時刻的方位角值，運算時用前述方位角序列及 其灰色預測值代入;觀測噪聲V(k) = [ve(k)]，觀測噪聲的方差為2V(k) = [0ve]。
[0056] (x(k)，y(k))是節(jié)點在時刻k的位置坐標，（vx(k)，vy(k))是節(jié)點在x，y兩個坐標軸 方向上在時刻k的速度矢量，T是觀測時間之間的間隔，g x，gy是速度變化的系數(shù)。
[0057] S32:根據(jù)目標節(jié)點的運動狀態(tài)方程，進行狀態(tài)預測和方差預測。其中，狀態(tài)預測 為：
[0058] Xk|k-1= ?kXk-i|k-1 (7)
[0059] 方差預測為：
[0060] Pk|k-1= ?kPk-i|k-i?kT (8)
[0061]其中，Pk-i|k-1是k_l時刻狀態(tài)估計的方差。
[0062] S33:根據(jù)狀態(tài)預測與方差預測的結(jié)果，計算增益矩陣。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)矢量預測值Xk|k-1 中的位置坐標元素。
[0065] S34:根據(jù)增益矩陣，分別對狀態(tài)預測與方差預測的結(jié)果，進行狀態(tài)濾波和方差濾 波，得到目標節(jié)點在對應時刻的位置的卡爾曼估計值。
[0066] 在本步驟中，假定基于目標節(jié)點的歷史數(shù)據(jù)計算得到的方位角序列的末尾時刻為 n，則至少需從該序列中的(n-4)時刻開始，例如從第n-5時刻開始，利用GM( 1，1)模型對第n+ 1時刻的方位角觀測值進行灰色預測，在本步驟進行的卡爾曼濾波中，再從第n-5時刻的方 位角觀測值及狀態(tài)值開始遞推估計，其中觀測方程中的觀測量是方位角序列? (())的計算 值，增益矩陣和估計方差的初值可以設為零，獲得隨后各時刻的狀態(tài)預測值、估計方差、增 益值的時間變化序列，然后從第n時刻開始，以方位角矢量的灰色預測值作為觀測方程中的 觀測量進行狀態(tài)估計(濾波），從而實現(xiàn)對節(jié)點的位置進行遞推估計，即通過n+1時刻的方位 角灰色預測值得到了目標位置在第n+1時刻的卡爾曼估計值。
[0067] S4:根據(jù)卡爾曼位置估計值，構造目標節(jié)點的新的方位角序列，并跳轉(zhuǎn)至S2,并在 得到所需時刻的所述目標節(jié)點位置的估計值后，停止迭代。具體的，S4包括：
[0068] S41:根據(jù)卡爾曼位置估計值，得到對應時刻的方位角計算值。其中，基于S3中得到 的第n+1時刻的卡爾曼位置預測值Xn+1| n+1，利用公式：
[0070] 計算第n+l時刻的方位角計算值
[0071] S42:比較方位角計算值eV+Dwn與方位角灰色預測值ev+i)之差的絕對值與 預測門限值的大小，判斷目標節(jié)點是否發(fā)生機動運動。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時刻的方位角灰色預測值， e是一個經(jīng)驗 的門限值。
[0072] S43:若方位角計算值與方位角灰色預測值之差的絕對值大于預測門限值，則目標 節(jié)點發(fā)生機動運動，將方位角計算值至方位角序列，否則方位角序列不變。
[0073] 即相當于，若目標節(jié)點發(fā)生了機動運動，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] 若構造目標節(jié)點的方位角序列完成后，跳轉(zhuǎn)至S2,并且直到得到所需時刻的目標 節(jié)點位置的卡爾曼估計值，停止迭代。
[0075] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了詳細說明，但本發(fā)明并不限制于上 述實施方式，在不脫離本申請的權利要求的精神和范圍情況下，本領域的技術人員可以作 出各種修改或改型。
【主權項】
1. 一種DTN網(wǎng)絡中節(jié)點位置預測方法，其特征在于，包括以下步驟， S1:根據(jù)位置服務節(jié)點上當前保存的目標節(jié)點的歷史數(shù)據(jù)，計算所述目標節(jié)點的方位 角序列； S2:對所述方位角序列進行灰色預測，得到方位角在下一時刻的灰色預測值； S3:將方位角灰色預測值作為對應時刻的觀測值，并結(jié)合目標節(jié)點的運動模型，進行卡 爾曼濾波，得到所述目標節(jié)點在對應時刻的位置的卡爾曼估計值； S4:根據(jù)卡爾曼位置估計值，構造所述目標節(jié)點的新的方位角序列后，跳轉(zhuǎn)至S2,并在 得到所需時刻的所述目標節(jié)點位置的估計值后，停止迭代。2. 如權利要求1所述DTN網(wǎng)絡中節(jié)點位置預測方法，其特征在于，S2包括， S21:計算所述方位角序列直到保存數(shù)據(jù)最后時刻的一階累加值序列； S22:計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 響應序列； S24:根據(jù)所述白化響應序列，得到方位角在下一時刻的一階累加值的灰色預測值，對 方位角在下一時刻的一階累加值的灰色預測值進行一階累減還原，得到方位角在下一時刻 的灰色預測值。3. 如權利要求1所述DTN網(wǎng)絡中節(jié)點位置預測方法，其特征在于，S3包括， S31:將所述目標節(jié)點的所述方位角灰色預測值作為觀測值，建立觀測方程，并利用所 述觀測方程，將所述目標節(jié)點的運動狀態(tài)方程用矩陣形式表示； S32:根據(jù)所述目標節(jié)點的運動狀態(tài)方程，進行狀態(tài)預測和方差預測； S33:根據(jù)所述狀態(tài)預測與所述方差預測的結(jié)果，計算增益矩陣； S34:根據(jù)所述增益矩陣，分別對所述狀態(tài)預測與所述方差預測的結(jié)果，進行狀態(tài)濾波 和方差濾波，得到所述目標節(jié)點在對應時刻的位置的卡爾曼估計值。4. 如權利要求1所述DTN網(wǎng)絡中節(jié)點位置預測方法，其特征在于，S4包括， S41:根據(jù)所述卡爾曼位置估計值，得到對應時刻的方位角計算值； S42:比較所述方位角計算值與所述方位角灰色預測值之差的絕對值與預測門限值的 大小，判斷所述目標節(jié)點是否發(fā)生機動運動； S43:若所述方位角計算值與所述方位角灰色預測值之差的絕對值大于所述預測門限 值，則所述目標節(jié)點發(fā)生機動運動，將所述方位角計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)絡中節(jié)點位置預測方法，其方法為利用灰色理論在當前信息缺失的情況下，利用歷史數(shù)據(jù)對目標節(jié)點的將來時刻的方位角進行預測，并將得到的方位角灰色預測值作為將來時刻的觀測值，結(jié)合節(jié)點的運動模型，并利用卡爾曼濾波算法進行節(jié)點位置估計，再通過迭代遞推，得到所需時刻的目標節(jié)點位置。本發(fā)明直接利用目標節(jié)點當前保存的歷史數(shù)據(jù)，不需要復雜的趨勢和轉(zhuǎn)移概率計算，實現(xiàn)了在信息缺乏情況下對DTN網(wǎng)絡節(jié)點位置的預測。
【IPC分類】H04W4/02, H04W64/00
【公開號】CN105722030
【申請?zhí)枴緾N201610080965
【發(fā)明人】卓永寧, 蘇冰, 王昭
【申請人】電子科技大學, 中國電子科技集團公司第十研究所
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2016年2月3日