無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于量化信息的目標(biāo)狀態(tài)估計與融合.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了微機電技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù),已成為當(dāng)前研究的熱點之一。目標(biāo)定位跟蹤作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用之一,可廣泛地應(yīng)用于國防建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測、智能交通、醫(yī)療衛(wèi)生和工業(yè)自動化等眾多領(lǐng)域,特別是在生化危險環(huán)境的探測、特殊地域或特殊工作環(huán)境的監(jiān)測以及軍事偵察與跟蹤等方面。
　　 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)具有穩(wěn)健性強和跟蹤精度高等優(yōu)勢,但同時也受到嚴(yán)格的能量與帶寬約束。因此,在保證跟蹤精

2、度條件下如何減少對通信能量和通信帶寬的需求,或者在滿足能量和帶寬約束的條件下如何有效提高跟蹤精度是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤的關(guān)鍵問題。本文分別針對信息融合的不同結(jié)構(gòu)形式,深入研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于量化信息的目標(biāo)狀態(tài)估計與融合問題。具體來說,主要包括如下創(chuàng)新性成果:
　　 1.微分代數(shù)系統(tǒng)的降階魯棒濾波器的設(shè)計與分析。針對廣義系統(tǒng)進行能量.峰值濾波器的設(shè)計,考慮了全階和降階兩種情況?；诰€性矩陣不等式(LMI)技術(shù),給出了濾波器

3、存在的充分必要條件以及濾波器增益的解析表達式?？梢宰C明,給出的結(jié)果將常規(guī)狀態(tài)空間系統(tǒng)的相關(guān)結(jié)論推廣到了微分代數(shù)系統(tǒng)。然后,基于統(tǒng)一的信息融合模型及其最優(yōu)解,給出了系統(tǒng)含有不確定項時的魯棒融合估計算法,基此對魯棒濾波器的估計性能進行對比分析。
　　 2.分布式量化航跡融合。考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的通信帶寬和系統(tǒng)能量約束,先對局部狀態(tài)估計的方差陣進行壓縮處理,再對壓縮后的方差陣和狀態(tài)估計向量進行矢量量化、傳輸。在融合中心層,針對局部

4、估計的未知或者不完整相關(guān)性,提出了不依賴于局部相關(guān)性的穩(wěn)健航跡融合方法一內(nèi)橢球逼近法。
　　 3.目標(biāo)導(dǎo)向的節(jié)點動態(tài)分簇策略?？紤]到基于樹和基于靜態(tài)分簇的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)存在路由代價高、冗余信息多等缺陷,提出了目標(biāo)導(dǎo)向的動態(tài)傳感器分簇策略。當(dāng)傳感器節(jié)點監(jiān)測到目標(biāo)時,它們交換監(jiān)測報告,具有更高殘余能量和更小平均通信距離的節(jié)點競爭成為簇首節(jié)點；其它節(jié)點加入簇首成為成員節(jié)點并對目標(biāo)進行測量/狀態(tài)估計。仿真結(jié)果證明相比于隨機選取激活節(jié)點策略

5、,目標(biāo)導(dǎo)向的動態(tài)分簇策略節(jié)省可達42％的能量。
　　 4.基于自適應(yīng)量化測量的目標(biāo)狀態(tài)估計與融合。將原始測量信息通過自適應(yīng)量化處理后傳輸給融合中心。融合中心根據(jù)量化的測量信息,融合各激活子傳感器信息進行目標(biāo)狀態(tài)融合估計。重點考慮了自適應(yīng)帶寬分配和自適應(yīng)量化閾值調(diào)整兩種策略,并對基于自適應(yīng)量化測量的目標(biāo)狀態(tài)融合估計的性能進行分析,給出了其后驗克拉美.羅下界(CRLB)。
　　 5.信道感知目標(biāo)跟蹤及跨層優(yōu)化。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

6、目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中考慮無線通信信道不確定性的信息融合結(jié)果目前還很少。針對數(shù)字通信的常用不確定信道模型一二元對稱信道一進行信道感知的目標(biāo)跟蹤策略研究；并對其性能進行分析,給出了信道感知目標(biāo)跟蹤的后驗CRLB?；?對傳感器調(diào)度問題進行跨層設(shè)計與優(yōu)化,并給出了節(jié)點調(diào)度的一種啟發(fā)式方法。
　　 6.對等傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布式協(xié)同目標(biāo)跟蹤。首先,針對對等自組織傳感器網(wǎng)絡(luò),提出兩種基于動態(tài)協(xié)同策略的完全分布式濾波算法:分布式魯棒濾波器與分布式Si