面向目標(biāo)跟蹤的移動無線傳感器協(xié)作算法研究.pdf

1、目標(biāo)定位，是指某一時刻獲得區(qū)域內(nèi)目標(biāo)物理位置的測量和計算過程，而移動目標(biāo)跟蹤的目的，則是從一組測量信息中，獲得目標(biāo)當(dāng)前狀態(tài)及其歷史軌跡。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，覆蓋范圍廣的特點(diǎn)使其勝任移動目標(biāo)的定位任務(wù)，而傳感器節(jié)點(diǎn)的計算能力以及節(jié)點(diǎn)間的通信能力使得動態(tài)跟蹤估計目標(biāo)軌跡、預(yù)測目標(biāo)位置成為可能。以往WSN目標(biāo)跟蹤問題的研究大多假設(shè)節(jié)點(diǎn)位置固定，本文則考慮傳感器節(jié)點(diǎn)加入運(yùn)動能力后在空間維度上的擴(kuò)展，從固定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)目標(biāo)跟蹤，移動傳

2、感器節(jié)點(diǎn)間相互位置管理，靜態(tài)節(jié)點(diǎn)輔助移動節(jié)點(diǎn)導(dǎo)航，以及以跟蹤質(zhì)量為導(dǎo)向的節(jié)點(diǎn)位置調(diào)整等方面研究了節(jié)點(diǎn)協(xié)作的若干問題和驗證方案。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴首先用位置固定的傳感器節(jié)點(diǎn)對移動目標(biāo)進(jìn)行定位與跟蹤，是傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)定位跟蹤研究的基礎(chǔ)。本文選擇了室內(nèi)定位作為應(yīng)用背景，除了收集傳感器節(jié)點(diǎn)對移動目標(biāo)的直接測量值外，還參考傳感器節(jié)點(diǎn)之間的相互測量值，計算目標(biāo)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的參考距離，并以此判斷目標(biāo)所在的區(qū)域。實(shí)驗結(jié)果表明，在硬件

3、性能有偏差的情況下，參考距離比信號強(qiáng)度值更能有效表征節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)的鄰近程度。隨后本文引入了移動節(jié)點(diǎn)的概念，把移動能力賦予執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)，用于追捕移動目標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)了能自主進(jìn)行定位估計和目標(biāo)捕獲的測試平臺。
　　 ⑵針對缺少固定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提出了用于小規(guī)模移動傳感器節(jié)點(diǎn)，通過射頻信號強(qiáng)度獲取節(jié)點(diǎn)組相對位置的方法。節(jié)點(diǎn)通過周期性的通信測量相鄰節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度值，移動節(jié)點(diǎn)得到信號強(qiáng)度值后在本地進(jìn)行濾波，依照信息共享方案傳播各自的信

4、號強(qiáng)度值，在每個節(jié)點(diǎn)中使用多維度評定計量法計算節(jié)點(diǎn)組的相對位置。實(shí)驗表明，在節(jié)點(diǎn)移動的過程中，該算法能得到較為粗糙但與物理位置基本吻合的信息，并得到平穩(wěn)的位置變化趨勢。
　　 ⑶為了使節(jié)點(diǎn)能在缺少集中式位置服務(wù)的環(huán)境內(nèi)移動到傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋的任意區(qū)域，本文使用靜態(tài)傳感器節(jié)點(diǎn)輔助移動節(jié)點(diǎn)導(dǎo)航至特定區(qū)域。針對不同的節(jié)點(diǎn)計算能力，提出了健忘式和迭代式移動節(jié)點(diǎn)導(dǎo)航算法。在健忘式算法中，移動節(jié)點(diǎn)僅需要最基本的傳感器與最簡單的運(yùn)算能力；而迭代

5、式算法則要求節(jié)點(diǎn)有更多的內(nèi)存、更強(qiáng)的計算能力以及基本的運(yùn)動編碼器。通過仿真與測試床實(shí)驗驗證了健忘法與迭代法在導(dǎo)航中的有效性，并仿真驗證了迭代法在導(dǎo)航性能上優(yōu)于健忘法。
　　 ⑷在研究移動傳感器節(jié)點(diǎn)之間的互動關(guān)系后，回歸到移動目標(biāo)的定位跟蹤問題上。除了通過梯度下降法提高感應(yīng)質(zhì)量外，本文還考慮了節(jié)點(diǎn)位置分布對通信質(zhì)量以及區(qū)域覆蓋質(zhì)量的影響，把感應(yīng)質(zhì)量、通信質(zhì)量以及覆蓋質(zhì)量統(tǒng)一量化為優(yōu)化指標(biāo)。通過移動傳感器的局部計算，各節(jié)點(diǎn)調(diào)整自身的