移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署及自定位技術(shù)研究.pdf

1、由于機(jī)器人成本的降低和性能的提高，使用移動(dòng)機(jī)器人作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)可行，這種移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)形式具有無(wú)線(xiàn)分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)所有的功能，而且節(jié)點(diǎn)具有可移動(dòng)性，擴(kuò)大了傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，提高了傳感器網(wǎng)絡(luò)的感知能力，它可以廣泛應(yīng)用于外星球探索、軍事偵察、災(zāi)難搜救等領(lǐng)域。多移動(dòng)機(jī)器人具有并行處理、容錯(cuò)、柔性和信息冗余的優(yōu)點(diǎn)，使用多機(jī)器人的協(xié)作功能擴(kuò)展了單個(gè)機(jī)器人的能力。
　　本文在國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目“分布式多機(jī)器人合作與競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制及

2、其應(yīng)用技術(shù)”和國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“基于不精確地圖的移動(dòng)機(jī)器人室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)”的資助下，以拓展移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槟康?，以理論研究和仿真?shí)驗(yàn)為手段對(duì)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)需要的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在覆蓋、部署、自定位以及目標(biāo)跟蹤方面的一些新算法。
　　首先介紹了多機(jī)器人系統(tǒng)的特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外多機(jī)器人系統(tǒng)研究方面的現(xiàn)狀，并簡(jiǎn)要介紹了多機(jī)器人協(xié)作的概念、分類(lèi)、需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題等，進(jìn)而引出由多機(jī)器人系統(tǒng)組成的移動(dòng)傳感器網(wǎng)

3、絡(luò)概念、體系結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的種類(lèi)和系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并介紹了移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域，研究現(xiàn)狀，以及需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　由于移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由移動(dòng)機(jī)器人構(gòu)成，具有移動(dòng)的特性，可以擴(kuò)大感知區(qū)域的覆蓋范圍。本文對(duì)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中機(jī)器人節(jié)點(diǎn)常使用的動(dòng)態(tài)覆蓋算法進(jìn)行了介紹，由于通常的動(dòng)態(tài)完全覆蓋算法主要使用在規(guī)則的感知區(qū)域，針對(duì)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用中的感知區(qū)域的不規(guī)則性的限制，提出了一種基于覆蓋誤差控制節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的算法，這種算法基于對(duì)覆

4、蓋誤差梯度的計(jì)算，控制每個(gè)移動(dòng)機(jī)器人節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度和移動(dòng)方向，同時(shí)還考慮了多節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的避碰問(wèn)題。本文不僅在理論上進(jìn)行了控制規(guī)則的分析，同時(shí)用仿真的方式進(jìn)行了算法驗(yàn)證，此算法可以在災(zāi)難救援等實(shí)際應(yīng)用中使用。
　　節(jié)點(diǎn)部署是移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域另一個(gè)重要課題，本文介紹了幾種經(jīng)常用于移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署的算法，同時(shí)提出了基于虛擬力的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署算法，這種算法不僅使用傳感器范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間的距離信息，而且還考慮了節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行通訊獲得

5、的鄰居節(jié)點(diǎn)間的位置信息，通過(guò)這種分布式控制節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方式，達(dá)到在待感知區(qū)域均勻部署節(jié)點(diǎn)的目的，并最大化覆蓋待感知區(qū)域。這種控制算法不需預(yù)知環(huán)境地圖信息，具有分布式控制效果，且具有自適應(yīng)性，可以應(yīng)用于軍事偵察領(lǐng)域。
　　由于感知對(duì)象的信息和其物理位置信息密不可分，所以節(jié)點(diǎn)自定位是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中傳感器節(jié)點(diǎn)必須具備的功能，本文介紹了基于測(cè)距和基于非測(cè)距的節(jié)點(diǎn)自定位算法，并根據(jù)蒙特卡羅法，提出了一種基于混合跳躍蒙特卡羅法HMCL的節(jié)點(diǎn)自定

6、位算法，此算法可以根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量的多少，自行選擇適合的定位策略，計(jì)算自己的位置坐標(biāo)，通過(guò)與其它近似算法的比較，此算法具有自適應(yīng)性和較高的準(zhǔn)確性。
　　由多機(jī)器人組成的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)最廣泛應(yīng)用領(lǐng)域就是對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的觀(guān)測(cè)及跟蹤。本文基于人工勢(shì)場(chǎng)法，提出了基于局部機(jī)器人及目標(biāo)密度的多目標(biāo)跟蹤算法 LRTDA，根據(jù)機(jī)器人節(jié)點(diǎn)密度和目標(biāo)密度，進(jìn)行虛擬力控制參數(shù)的調(diào)整，達(dá)到分布式跟蹤多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的目的，提高了對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的觀(guān)測(cè)率和傳感器網(wǎng)絡(luò)