基于非線性濾波的傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，也是支持遠(yuǎn)程定位和跟蹤移動(dòng)目標(biāo)的新興平臺(tái)。與全球定位系統(tǒng)等傳統(tǒng)平臺(tái)相比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有成本低、密度高、散布廣、精度高等優(yōu)勢(shì)，能勝任復(fù)雜地形和無(wú)人值守等應(yīng)用環(huán)境下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作，在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)跟蹤問(wèn)題而言，大量無(wú)效或冗余信息將增加傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信的負(fù)擔(dān)，致使系統(tǒng)耗費(fèi)在通信上的能量過(guò)多，嚴(yán)重影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，同時(shí)實(shí)現(xiàn)跟蹤的算法將被復(fù)雜化，這些問(wèn)題

2、對(duì)于目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中較為側(cè)重的能量有效性和跟蹤的精確性來(lái)說(shuō)，都是致命的缺陷。此外，信息的采集、處理方式對(duì)系統(tǒng)資源的消耗也起關(guān)鍵性的作用，需顧及能量有效性等因素。因此，研究高精度、高能效的傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法具有十分重要的意義。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中節(jié)點(diǎn)量測(cè)數(shù)據(jù)與目標(biāo)狀態(tài)之間呈現(xiàn)為非線性關(guān)系的特性，本文提出了三種基于非線性濾波的傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法:
　　 (1)基于動(dòng)態(tài)分簇路由優(yōu)化和分布式粒子濾波的傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法。該方法以

3、動(dòng)態(tài)分簇的方式將監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署的傳感器節(jié)點(diǎn)劃分為若干個(gè)簇，并對(duì)簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)與簇首節(jié)點(diǎn)之間、簇首節(jié)點(diǎn)與基站之間的通信路由進(jìn)行優(yōu)化，確保網(wǎng)絡(luò)能耗的均衡分布，在此基礎(chǔ)上，被激活的簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)并行地執(zhí)行分布式粒子濾波算法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。該方法能有效地降低傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的總能耗，且能在實(shí)現(xiàn)跟蹤的同時(shí)保證目標(biāo)跟蹤的精度。
　　 (2)基于粒子群優(yōu)化和M-H采樣粒子濾波的傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法。該方法采用動(dòng)態(tài)拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和分布式的算法結(jié)

4、構(gòu)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤，將粒子群優(yōu)化和Metropolis-Hasting采樣引入到粒子濾波的重采樣過(guò)程中抑制粒子退化，通過(guò)粒子間共享歷史信息而降低單個(gè)粒子歷史狀態(tài)間的相關(guān)性，使各粒子能快速地收斂至最優(yōu)分布，從而實(shí)現(xiàn)高精度的目標(biāo)跟蹤效果。
　　 (3)基于動(dòng)態(tài)生成樹(shù)和改進(jìn)不敏卡爾曼濾波的傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法。該方法將傳感器網(wǎng)絡(luò)中被激活的節(jié)點(diǎn)構(gòu)建成一種隨目標(biāo)運(yùn)動(dòng)而動(dòng)態(tài)生成和調(diào)整的樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將其作為執(zhí)行目標(biāo)跟蹤算法的平臺(tái)，利用粒子群優(yōu)

5、化技術(shù)對(duì)不敏卡爾曼濾波中狀態(tài)向量概率密度函數(shù)的近似過(guò)程作了改進(jìn)，優(yōu)化了δ采樣點(diǎn)的分布和收斂速度，從而加快目標(biāo)跟蹤方法的計(jì)算速度，同時(shí)，優(yōu)化后δ采樣點(diǎn)的分布更接近目標(biāo)的真實(shí)狀態(tài)，因而濾波的精度也更高。
　　 上述三種均是基于非線性濾波的傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和非線性濾波方法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤問(wèn)題。本文通過(guò)設(shè)置具體的仿真算例考查了三種方法的性能表現(xiàn)，仿真結(jié)果表明，這三種方法均能在保證目標(biāo)跟蹤精度的同時(shí)，可效地降低了網(wǎng)絡(luò)能