基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)狀態(tài)估計與融合.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)和微處理器技術(shù)等方面的進(jìn)步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）及其應(yīng)用成為了研究焦點(diǎn)并取得長足發(fā)展。目標(biāo)定位與跟蹤作為WSNs的典型應(yīng)用，具有低成本、高可靠性以及自組織等特點(diǎn)。
　　本文從經(jīng)典的卡爾曼濾波器出發(fā)，研究了利用平滑技術(shù)改進(jìn)sigma點(diǎn)卡爾曼濾波器估計精度的方法以及利用信息卡爾曼濾波器在數(shù)據(jù)融合的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在保證跟蹤精度的條件下得到有效減少網(wǎng)絡(luò)整體能耗的分布式濾波方法。具體包括如下創(chuàng)新性成果

2、：
　　（1）平滑問題就是在已知前二階矩特性的情況下,對一個馬爾可夫或高斯-馬爾可夫序列進(jìn)行不斷修正以得到最優(yōu)平滑值的問題?？紤]到傳統(tǒng)固定時隙平滑算法耗時長，無法滿足目標(biāo)跟蹤實時性要求，本文提出一種結(jié)合固定滯后平滑和sigma點(diǎn)轉(zhuǎn)換策略的FL_URTS平滑方法。該法通過將逆時方向計算的平滑器嵌入到順時方向計算的濾波器中，在獲得接近甚至優(yōu)于傳統(tǒng)平滑方法估計精度的同時能大幅減小延時。
　?。?）考慮到傳感器節(jié)點(diǎn)自身資源的限制，提

3、出了一種綜合考慮簇集整體能耗因素和節(jié)點(diǎn)剩余能量因素的動態(tài)分簇策略。該方法首先根據(jù)預(yù)測結(jié)果估計目標(biāo)在下一時步可能的位置，然后通過最近鄰法得到能有效觀測到目標(biāo)的最小節(jié)點(diǎn)集，并采用能量均衡策略選出這個簇集中的簇首用來對下一時步內(nèi)所有的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。由于每一時步內(nèi)只有距離目標(biāo)最近的一簇節(jié)點(diǎn)參與目標(biāo)跟蹤，所以這種分簇策略在保證跟蹤精度的同時可以有效降低網(wǎng)絡(luò)整體能耗。
　?。?）信息結(jié)構(gòu)的sigma點(diǎn)濾波器因為采用了逆協(xié)方差形式使其容易進(jìn)

4、行數(shù)據(jù)的融合。本文利用新提出的動態(tài)分簇策略，結(jié)合分布式sigma點(diǎn)信息濾波器得到了基于動態(tài)分簇的分布式sigma點(diǎn)信息濾波算法，該方法利用簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)得到的信息貢獻(xiàn)量在簇首處進(jìn)行統(tǒng)一的融合處理。由于各成員節(jié)點(diǎn)具備數(shù)據(jù)計算能力，簇首不必像集中式濾波算法一樣需要對每個傳感器送來的原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)維計算，使得融合算法的復(fù)雜度從集中式的隨傳感器個數(shù)平方增加變?yōu)殡S傳感器個數(shù)線性增加。
　?。?）為了進(jìn)一步提高跟蹤精度，本文還利用固定滯后平滑可