基于因子圖理論的水聲傳感網(wǎng)移動目標定位跟蹤研究.pdf

1、水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)一直是水聲領(lǐng)域研究中倍受關(guān)注的熱點，在海洋監(jiān)測、海洋開發(fā)，海洋國防安全等方面都有廣泛的應(yīng)用。目標定位，特別是移動目標定位，是水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不可或缺的一部分，具有重大應(yīng)用價值。
　　相比傳統(tǒng)的水下定位方法，基于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)可通過組網(wǎng)的傳感器節(jié)點實現(xiàn)節(jié)點間的信息共享和融合，增加定位手段，提高定位精度和定位服務(wù)的覆蓋范圍，是當前水聲定位領(lǐng)域研究的新熱點。但是，由于水聲環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性，水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)具有

2、移動性、稀疏性、能量受限、信道復(fù)雜等特點，對水下定位技術(shù)的發(fā)展提出了嚴重挑戰(zhàn)。
　　本文圍繞水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標定位跟蹤問題展開研究，針對傳統(tǒng)水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的不足和應(yīng)用需求，提出兩種適用于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標定位跟蹤算法，并深入分析水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位信標發(fā)射策略，最后通過仿真以及海試實驗驗證本文算法的性能。
　　本文的主要工作如下:
　　(1)針對水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的特點，設(shè)計并實現(xiàn)一種水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)

3、的移動目標定位跟蹤算法FG-MLE。算法基于因子圖的最大似然定位框架，以錨點發(fā)射信標、目標靜默接收單向信標傳輸為主要形態(tài)，能夠有效地降低網(wǎng)絡(luò)的能耗;目標節(jié)點和參考錨節(jié)點在定位過程中無需作靜止假設(shè)，均可處于移動狀態(tài)，更符合實際的水聲應(yīng)用環(huán)境。海試實驗表明，F(xiàn)G-MLE算法具有良好的定位跟蹤性能。
　　(2)在因子圖框架下，詳細分析水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)采用不同定位信標發(fā)射策略對定位算法性能的影響，同時考慮網(wǎng)絡(luò)的沖突避免、能耗和帶寬資源等因素

4、。然后結(jié)合仿真和海試實驗尋找最優(yōu)的定位信標發(fā)射策略并以此作為系統(tǒng)的發(fā)射方案，不僅進一步提高了定位跟蹤算法的性能，而且降低了網(wǎng)絡(luò)的能耗、帶寬資源，也增強了沖突避免能力。
　　(3)針對獨立定位跟蹤方法的局限性和傳統(tǒng)聯(lián)合估計方法的不足，在因子圖的最大似然估計框架下，提出一種高定位精度的聯(lián)合時間同步與目標定位跟蹤算法——ToA-TS。算法將長時間的定位跟蹤分解成基于短時長定位周期的聯(lián)合估計，具有較好的實時性;結(jié)合運動補償和時鐘補償，克服