異步水下傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤算法研究.pdf

1、水下傳感器網(wǎng)絡(luò)在海洋環(huán)境監(jiān)測、海底資源探測、災(zāi)難預(yù)警、輔助導(dǎo)航、闖入目標(biāo)的監(jiān)測與跟蹤等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，成為各國科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者們共同關(guān)注的一個熱點(diǎn)課題。水下傳感器網(wǎng)絡(luò)以水聲信號為通信媒介，水下傳感器節(jié)點(diǎn)具有分布范圍廣且稀疏的特性。由此導(dǎo)致在闖入目標(biāo)的監(jiān)測與跟蹤應(yīng)用中，不同的傳感器節(jié)點(diǎn)很難獲得對運(yùn)動目標(biāo)同一時刻狀態(tài)的同步測量值。因此，傳統(tǒng)的基于同步測量的目標(biāo)跟蹤算法，在水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中無法適用。
　　鑒于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中不同傳

2、感器節(jié)點(diǎn)測量的異步性，本文對異步水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于異步測量的目標(biāo)跟蹤算法進(jìn)行了深入研究，具體研究內(nèi)容包括:
　　(1)從濾波的角度對異步水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤問題進(jìn)行研究，提出了一種基于預(yù)測估計(jì)的異步序貫濾波算法。首先，利用預(yù)測估計(jì)方法，將不同時刻目標(biāo)狀態(tài)的測量值關(guān)聯(lián)到同一時刻目標(biāo)狀態(tài)的估計(jì);然后，根據(jù)序貫濾波方法，推導(dǎo)出基于預(yù)測估計(jì)的異步序貫濾波過程;最后，結(jié)合該異步序貫濾波過程，提出了異步序貫卡爾曼濾波算法和異步序貫粒子濾

3、波算法。
　　(2)從平滑睜角度對異步水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤問題進(jìn)行研究，提出了一種基于固定點(diǎn)平滑的異步濾波算法。該算法擯棄了現(xiàn)有算法把不同時刻的測量值通過某種方式關(guān)聯(lián)到同一時刻目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)的算法思想。首先，利用每個時刻目標(biāo)狀態(tài)的單個測量值對目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行前向?yàn)V波，以得到對目標(biāo)狀態(tài)的不完全后驗(yàn)估計(jì);然后，對不完全后驗(yàn)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行固定點(diǎn)平滑處理，以得到對目標(biāo)狀態(tài)的完全后驗(yàn)估計(jì)。
　　(3)對異步水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)本身存

4、在測量偏置、以及非高斯隨機(jī)測量噪聲的問題進(jìn)行研究，提出了一種帶測量偏置估計(jì)的魯棒異步濾波算法。首先，利用非零均值且協(xié)方差變化的高斯分布，對傳感器節(jié)點(diǎn)的測量偏置和隨機(jī)測量噪聲進(jìn)行建模;然后，根據(jù)正態(tài)-逆威沙特分布對噪聲模型參數(shù)進(jìn)行擬合，并通過變分貝葉斯近似方法對該正態(tài)-逆威沙特分布參數(shù)的更新過程進(jìn)行求解;最后，利用基于固定點(diǎn)平滑的異步濾波算法，對目標(biāo)狀態(tài)和測量偏置進(jìn)行迭代估計(jì)。
　　(4)對異步水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)精確位置未知