基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)檢測與跟蹤研究.pdf

1、隨著微機電系統(tǒng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、計算技術(shù)與傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，集信息感知、信息處理與信息傳輸于一體的多學(xué)科交叉技術(shù)——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)——成為國際上備受關(guān)注的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域。因其獨有的特點，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、智能家居與醫(yī)療護理等多個領(lǐng)域，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有影響的21項技術(shù)之一和改變世界的10大技術(shù)之一。
　　移動目標(biāo)檢測與跟蹤作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重點應(yīng)用領(lǐng)域之一，有著廣泛的前景，尤其在安全防衛(wèi)領(lǐng)域

2、發(fā)揮著重大作用。本文考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模和資源受限的特點，針對目標(biāo)檢測與跟蹤，研究網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署、節(jié)點跟蹤調(diào)度與信息的實時匯報問題，并通過仿真與實際系統(tǒng)驗證算法的有效性。本文的主要貢獻有如下幾個方面:
　　1.針對靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)隨機部署后難以有效形成柵欄覆蓋的問題，提出了利用移動節(jié)點再部署以彌補靜態(tài)節(jié)點間漏洞，從而形成柵欄覆蓋。提出了加權(quán)柵欄圖的概念，將最小代價移動節(jié)點問題轉(zhuǎn)化為加權(quán)柵欄圖的最短路徑問題;將最小能耗柵欄覆蓋構(gòu)建問

3、題映射為最小成本二部分配問題;在此基礎(chǔ)上，提出了有向柵欄覆蓋構(gòu)建算法以最小的代價部署和調(diào)度移動節(jié)點與靜態(tài)節(jié)點形成柵欄覆蓋。理論分析和仿真結(jié)果驗證了算法的有效性。
　　2.從實際角度出發(fā)，首次考慮節(jié)點位置誤差存在對柵欄覆蓋的影響。理論分析了節(jié)點位置誤差如何影響所需的真實移動節(jié)點數(shù)目，并提出了最優(yōu)的遞進式移動節(jié)點部署算法指導(dǎo)節(jié)點移動彌補靜態(tài)節(jié)點間漏洞。此外，考慮位置誤差的影響，提出了容錯加權(quán)柵欄圖，從圖論角度得到確保柵欄覆蓋構(gòu)建所需的

4、最少移動節(jié)點數(shù)目。實驗結(jié)果驗證了誤差的影響以及理論分析和算法的正確性。
　　3.針對大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中移動目標(biāo)有效跟蹤及位置實時匯報問題，提出了基于簇的目標(biāo)跟蹤算法。提出利用簇頭喚醒和休眠節(jié)點跟蹤目標(biāo)，并通過簇頭構(gòu)建的骨干網(wǎng)實時匯報目標(biāo)位置。實驗結(jié)果表明，基于簇的目標(biāo)跟蹤算法在準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)的同時，不僅節(jié)省了能耗，也減少了位置匯報的延時。
　　4.針對基于簇的目標(biāo)跟蹤算法所面臨的邊界問題，將動態(tài)簇思想融入到靜態(tài)簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，提出了基

5、于混合簇的目標(biāo)跟蹤算法。在目標(biāo)移動過程，不斷的利用靜態(tài)簇與動態(tài)簇輪流跟蹤目標(biāo)。實驗結(jié)果表明，基于混合簇的目標(biāo)跟蹤算法有效解決了基于簇的跟蹤算法所面臨的邊界問題，并在性能方面優(yōu)于其他經(jīng)典的目標(biāo)跟蹤算法。
　　5.針對已有目標(biāo)跟蹤算法缺乏系統(tǒng)驗證的問題，在基于簇的目標(biāo)算法框架下，設(shè)計實現(xiàn)了真正的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。此系統(tǒng)包含36個傳感器節(jié)點，一個匯聚節(jié)點與一個基站。多次的靜止目標(biāo)定位實驗與移動目標(biāo)跟蹤實驗，充分驗證了目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的有效性