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1、入侵目標(biāo)追捕問題尤其是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的入侵目標(biāo)追捕問題,由于其研究成果可以應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、區(qū)域監(jiān)控、目標(biāo)追蹤、重點(diǎn)區(qū)域防護(hù)等,在軍事斗爭(zhēng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。本文的研究對(duì)象是一個(gè)用于無人值守區(qū)域監(jiān)控、反擊的多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)中,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)提供入侵者及追擊機(jī)器人的位置等信息,追擊機(jī)器人根據(jù)控制信息追擊并抓捕入侵者。本文從無線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)代控制理論出發(fā),結(jié)合仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)面向入侵目標(biāo)追捕的多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制
2、系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。以盡量減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延對(duì)控制系統(tǒng)的影響為出發(fā)點(diǎn),在解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供位置信息的基礎(chǔ)上,提出了多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制協(xié)同設(shè)計(jì)方法。
本文首先根據(jù)研究對(duì)象的應(yīng)用及功能特點(diǎn),對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析,從硬件和軟件兩個(gè)方面詳細(xì)闡述了系統(tǒng)組成。依據(jù)系統(tǒng)的需要,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多回路網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái),提出了本文研究的相關(guān)技術(shù)。針對(duì)時(shí)延對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制性能的影響,論文研究
3、了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信問題。首先分析了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的通信協(xié)議,確認(rèn)提高無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的主要途徑是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)MAC協(xié)議。論文在分析MAC協(xié)議實(shí)時(shí)性的基礎(chǔ)上,提出了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)空相關(guān)性模型,設(shè)計(jì)了節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置算法。在公平性原則的基礎(chǔ)上,提出了基于優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)MAC協(xié)議?;诟鄳?yīng)用的需要,論文提出了改進(jìn)的具有強(qiáng)實(shí)時(shí)性的MAC協(xié)議,在試驗(yàn)平臺(tái)上展開了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性實(shí)驗(yàn)。仿真及實(shí)驗(yàn)表明本文提出的MAC協(xié)議保證了數(shù)據(jù)
4、的實(shí)時(shí)傳輸,減少了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的傳輸時(shí)延。針對(duì)面向追捕問題的多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)目標(biāo)位置信息來源基礎(chǔ),論文設(shè)計(jì)了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的重要組成部分-無線傳感器網(wǎng)絡(luò),研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)。針對(duì)當(dāng)前大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位存在精度差、能耗高的缺點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了一種基于錨節(jié)點(diǎn)的定位算法。在已知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌幕A(chǔ)上,設(shè)計(jì)了最小連通訪問覆蓋節(jié)點(diǎn)集來簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并采用遺傳算法實(shí)現(xiàn)錨節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑽粗獣r(shí),提出了寬
5、度優(yōu)先算法和回溯式貪婪算法來求解錨節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。在現(xiàn)有試驗(yàn)平臺(tái)上,實(shí)現(xiàn)了不同測(cè)距誤差下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)及實(shí)物定位實(shí)驗(yàn)表明,與現(xiàn)有的定位算法相比,論文所提的定位算法具有較高的定位精度和定位效率,適合無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用。針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中控制性能與網(wǎng)絡(luò)性能互相耦合的問題,從網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制協(xié)同設(shè)計(jì)的視角研究了多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況實(shí)時(shí)調(diào)度各回路控制器的采樣周期,建立了變采樣周期的隨機(jī)時(shí)延網(wǎng)絡(luò)控制系
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