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无线传感器网络目标跟踪节点调度策略研究及仿真平台设计

【摘要】:无线传感器网络是目前国际上计算机、网络、通信和控制交叉学科领域的研究热点,注定成为影响人类未来生活的新技术,但在理论和应用方面有很多问题尚待解决。本文针对无线传感器网络目标跟踪关键技术展开研究,重点是传感器节点的调度策略,对节点自组织、信息协同感知技术等加以研究,并构建无线传感器网络目标跟踪关键算法仿真平台系统。本文主要工作如下: (1)介绍了无线传感器网络目标跟踪的一些关键技术,包括节点设计,节点定位,区域节点覆盖,节点间路由通信以及基于卡尔曼滤波框架的一系列滤波算法,着重介绍了卡尔曼滤波,扩展卡尔曼滤波,IMM滤波以及不确定观测情况下的滤波算法。 (2)传感器节点调度实际上是均衡和优化各种信息,牵涉到节点的自组织以及信息融合等技术。文中描述了几种常见的目标跟踪的节点调度算法,包括最近邻节点调度算法,最小迹节点调度算法,自适应节点调度算法以及多传感器动态协同调度算法。 (3)对无线传感器网络下机动目标跟踪问题提出一种自适应多传感器协同跟踪策略。该策略能根据目标的移动位置,动态地唤醒无线传感器网络中部分传感器节点形成分簇,并选择合适的簇首和采样间隔进行目标跟踪。簇内节点通过协作感知以及测量信息融合,提高了跟踪精度,同时自适应变采样间隔节约了通信能量和计算资源,满足了跟踪系统的实时性要求。提出了传感器网络能量均衡分配的指标,提高了网络的可靠性。由于模型的非线性和目标运动的机动性,采用IMM滤波器进行目标状态估计。仿真结果表明,与IDSQ-NN和ASSS相比,跟踪精度明显提高;与DCSS相比,在保证一定跟踪精度的同时,节约了能量消耗。 (4)根据项目需要,自主开发了无线传感器目标跟踪关键算法仿真平台WSNs-TTKA,该软件平台具有一定的通用性和扩展性,能够直观显示目标跟踪过程,验证建模、估计、优化和控制等相关算法的有效性。将软件平台与实验室已有的硬件平台相结合,构成无线传感器网络仿真与实验系统,为进一步研究提供相关工具。

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