面向入侵目標(biāo)追捕的多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計與相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、入侵目標(biāo)追捕問題尤其是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的入侵目標(biāo)追捕問題，由于其研究成果可以應(yīng)用于戰(zhàn)場態(tài)勢感知、區(qū)域監(jiān)控、目標(biāo)追蹤、重點區(qū)域防護(hù)等，在軍事斗爭中有著廣闊的應(yīng)用前景。本文的研究對象是一個用于無人值守區(qū)域監(jiān)控、反擊的多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實時提供入侵者及追擊機(jī)器人的位置等信息，追擊機(jī)器人根據(jù)控制信息追擊并抓捕入侵者。本文從無線通信、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)代控制理論出發(fā)，結(jié)合仿真和實驗對面向入侵目標(biāo)追捕的多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制

2、系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。以盡量減少網(wǎng)絡(luò)時延對控制系統(tǒng)的影響為出發(fā)點，在解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供位置信息的基礎(chǔ)上，提出了多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制協(xié)同設(shè)計方法。
　　本文首先根據(jù)研究對象的應(yīng)用及功能特點，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析，從硬件和軟件兩個方面詳細(xì)闡述了系統(tǒng)組成。依據(jù)系統(tǒng)的需要，設(shè)計并實現(xiàn)了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多回路網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的試驗平臺，提出了本文研究的相關(guān)技術(shù)。針對時延對無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制性能的影響，論文研究

3、了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實時通信問題。首先分析了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的通信協(xié)議，確認(rèn)提高無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實時性的主要途徑是實現(xiàn)實時MAC協(xié)議。論文在分析MAC協(xié)議實時性的基礎(chǔ)上，提出了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時空相關(guān)性模型，設(shè)計了節(jié)點的優(yōu)先級設(shè)置算法。在公平性原則的基礎(chǔ)上，提出了基于優(yōu)先級的實時MAC協(xié)議?；诟鄳?yīng)用的需要，論文提出了改進(jìn)的具有強(qiáng)實時性的MAC協(xié)議，在試驗平臺上展開了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實時性實驗。仿真及實驗表明本文提出的MAC協(xié)議保證了數(shù)據(jù)

4、的實時傳輸，減少了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的傳輸時延。針對面向追捕問題的多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)目標(biāo)位置信息來源基礎(chǔ)，論文設(shè)計了無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的重要組成部分-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)。針對當(dāng)前大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位存在精度差、能耗高的缺點，本文設(shè)計了一種基于錨節(jié)點的定位算法。在已知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌幕A(chǔ)上，設(shè)計了最小連通訪問覆蓋節(jié)點集來簡化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并采用遺傳算法實現(xiàn)錨節(jié)點的最優(yōu)運(yùn)動軌跡規(guī)劃；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑽粗獣r，提出了寬

5、度優(yōu)先算法和回溯式貪婪算法來求解錨節(jié)點的運(yùn)動軌跡。在現(xiàn)有試驗平臺上，實現(xiàn)了不同測距誤差下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位實驗。仿真實驗及實物定位實驗表明，與現(xiàn)有的定位算法相比，論文所提的定位算法具有較高的定位精度和定位效率，適合無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用。針對無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中控制性能與網(wǎng)絡(luò)性能互相耦合的問題，從網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制協(xié)同設(shè)計的視角研究了多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況實時調(diào)度各回路控制器的采樣周期，建立了變采樣周期的隨機(jī)時延網(wǎng)絡(luò)控制系