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无线传感器网络目标定位跟踪研究

刘刚  
【摘要】:无线传感器网络是21世纪最具有重要影响力的技术之一。伴随着传感器网络规模的扩大化,以及节点制造工艺和节点能源技术的提高,它越来越多地被广泛应用在军事战场和民用上,对目标进行有效地探测、定位、跟踪以及分类等。本文主要是对无线传感器网络在目标定位与跟踪这两个重要应用方面,进行详细地探讨。 首先,本文对无线传感器网络的体系结构、网络结构以及应用背景等进行了阐述,并对当前国内外在目标定位与跟踪中,所取得的重要成就进行了概括。由于目标定位和目标跟踪在很大程度上是有一定的关系,即对于运动的目标进行定位,就是跟踪。 其次,文中将从以下三个方面对无线传感器网络目标定位与跟踪进行了讨论,同时提出了改进的算法,并和前人的方法进行比较,来证明本文所有算法的优越性。 (1)基于节点剩余能量的均衡性,并利用三边定位法,对目标进行定位。由于单纯从覆盖率去选择三个探测节点来进行目标定位,存在很大的弊端,所以本文提出了将节点剩余能量与覆盖率结合起来考虑,去选择出三个探测节点。通过实验的仿真结果得知该方法在不影响定位精度的同时,对于整个网络使用寿命延长很多,节省节点消耗。 (2)对探测节点的探测区域进行网格划分,将目标存在区域进一步地缩小,并结合了修正权值的概念。通过将剩余全部有效网格的中心坐标与剩余全部有效网格的质心之间的距离倒数作为权值,并且对权值的幂指数大小进行了修正和对权值阈值进行了控制;最后再利用了传统的质心定位法。仿真表明由修正权值网格质心定位法所得到的目标位置精确度非常好。 (3)目标跟踪问题是一个非线性非高斯的问题,正好可以利用粒子滤波进行目标位置估计。本文将权值选优粒子滤波的思想引入其中,因为该方法能很好地克服普通粒子滤波的粒子退化问题,并且也能够增加粒子的多样性。实验表明了在无线传感器网络动态分布式分簇结构中,只要选择好合理的粒子数目,再结合权值选优粒子滤波,可以有效地进行移动目标跟踪,所得到的目标位置估计值误差很低,且仿真时间并没有延长太多。在实际应用中,该算法就具有一定的应用价值,而且还可以比集中式探测节省很多的能量。 最后,本文对于无线传感器网络目标定位与跟踪的算法进行了总结,并且对目前在该领域的研究中可能会存在的一些问题作了概括。


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