無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤問題研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是21世紀(jì)最有影響的21項(xiàng)技術(shù)和改變世界的10大技術(shù)之一。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多實(shí)際應(yīng)用中,目標(biāo)跟蹤是一項(xiàng)基本功能。由于傳感器節(jié)點(diǎn)體積小、價(jià)格低廉,采用無線通信方式,具有自組織性、魯棒性和隱蔽性等特點(diǎn),使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常適合用于目標(biāo)的定位和跟蹤。本文主要對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤問題進(jìn)行了研究,主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:
　　 1)聯(lián)合考慮傳感器節(jié)點(diǎn)的自身位置估計(jì)誤差和運(yùn)動速度估計(jì)誤差,根據(jù)總體最小二乘

2、原理提出TDoA和FDoA目標(biāo)跟蹤的總體最小二乘解,并研究分析采用TDoA和FDoA進(jìn)行目標(biāo)跟蹤的克拉美羅下界。仿真結(jié)果表明,TDoA和FDoA目標(biāo)跟蹤的總體最小二乘解可以獲得接近克拉美羅下界的性能,且目標(biāo)位置分量估計(jì)性能優(yōu)于目標(biāo)速度分量估計(jì)性能；此外,仿真分析了TDoA和FDoA進(jìn)行目標(biāo)跟蹤的克拉美羅下界與同時(shí)感測的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)布設(shè)之間的關(guān)系。仿真分析表明同時(shí)參與觀測的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量并不是越多越好,同時(shí)通過調(diào)整觀測目標(biāo)的傳感器節(jié)點(diǎn)間

3、的平均距離和平均運(yùn)動速度可以提高TDoA和FDoA目標(biāo)跟蹤精度。
　　 2)由于TDoA和FDoA目標(biāo)跟蹤的高計(jì)算復(fù)雜度和對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件的高要求,在簡單的二進(jìn)制傳感器網(wǎng)絡(luò)框架下,對已有的算法進(jìn)行了仿真分析,并在此基礎(chǔ)上針對已有算法存在的問題提出在二進(jìn)制傳感器網(wǎng)絡(luò)中采用距離加權(quán)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。根據(jù)距離加權(quán)原理,提出了基于預(yù)測距離加權(quán)的二進(jìn)制傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤算法。仿真證明距離加權(quán)的性能優(yōu)于已有的算法性能,適用于任何運(yùn)動模型的實(shí)

4、時(shí)目標(biāo)跟蹤。基于預(yù)測距離加權(quán)的目標(biāo)跟蹤算法不僅避免了傳感器節(jié)點(diǎn)自身距離信息的傳輸而且具有和距離加權(quán)算法相同的歸一化目標(biāo)跟蹤誤差區(qū)間。
　　 3)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連通覆蓋性能是目標(biāo)跟蹤質(zhì)量的衡量指標(biāo)之一。本文給出了格型部署的二進(jìn)制傳感器網(wǎng)絡(luò)連通覆蓋的三種場景,并在連通覆蓋場景中分析了距離加權(quán)的性能。通過距離加權(quán)性能分析發(fā)現(xiàn),距離加權(quán)目標(biāo)跟蹤精度與距離加權(quán)函數(shù)密切相關(guān)。在連通覆蓋場景中對最優(yōu)的距離加權(quán)函數(shù)進(jìn)行了求解驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明

5、:最優(yōu)距離加權(quán)函數(shù)明顯優(yōu)于各個(gè)感測區(qū)域中采用相同的距離加權(quán)函數(shù)。將最優(yōu)距離加權(quán)函數(shù)應(yīng)用到預(yù)測距離加權(quán)目標(biāo)跟蹤算法后,明顯提高了目標(biāo)跟蹤精度。
　　 4)研究和實(shí)際應(yīng)用中的距離多采用Euclidean距離或Euclidean范數(shù),它等價(jià)于2-范數(shù)(p-范數(shù)的一種)。為了進(jìn)一步提高二進(jìn)制傳感器網(wǎng)絡(luò)距離加權(quán)目標(biāo)跟蹤算法性能,根據(jù)p-范數(shù)的概念,提出了二進(jìn)制傳感器網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)p-范數(shù)加權(quán)。本文通過仿真確定了最優(yōu)p-范數(shù)加權(quán),并進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)