基于无线传感器网络的移动目标跟踪

论文摘要

无线传感器网络的发展使得它的应用越来越广泛,目标跟踪是其中最重要的应用之一。它对于仓储物流、环境监控、道路交通和军事目标跟踪等领域都具有重要的研究价值。本文对基于无线传感器网络的移动目标跟踪展开研究。首先,在查阅大量相关文献的基础上,简要概述了有关无线传感器网络目标跟踪的国内外研究现状,并从拓扑结构和路由协议的角度分析了传感器网络的特点,在此基础上分析了传感器网络节点特点和目标跟踪策略及跟踪过程,此外对涉及目标跟踪的硬件模块和软件系统进行了介绍。接着,研究了一种用于传感器网络目标定位的多边算法,通过仿真实验比较,验证了该算法相对于其他算法有更高的定位精度。还讨论了两种常见的轨迹预测算法——分段线性拟合算法和滑动窗多项式拟合算法,并进行了分析和比较,仿真实验表明:分段线性拟合算法跟踪精度高,性能稳定。然后,对无线传感器网络目标跟踪中存在的非线性、非高斯问题进行了研究,针对粒子滤波算法的粒子退化现象,讨论了辅助粒子滤波算法和高斯粒子滤波算法,仿真实验比较,证实两种算法有效避免了粒子退化现象,辅助粒子滤波算法虽然在算法上较粒子滤波算法复杂,但提高了跟踪的精确性,而高斯粒子滤波算法在精确性和算法复杂性上都比粒子滤波效果好。最后,设计了用于无线传感器网络目标跟踪的实验系统,通过该实验系统实现了目标跟踪。其中详细介绍了系统各部分的实现过程,并且建立了一种基于MySQL数据库的目标跟踪数据查询系统,并通过实验对系统进行验证,得出了最终的实验结果,结果表明了无线传感器网络通过检测移动目标产生的磁场,可以有效对目标进行跟踪。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 研究与发展现状
• 1.3 本文的主要内容
• 第2章 基于无线传感器网络的目标跟踪架构
• 2.1 无线传感器网络结构
• 2.1.1 传感器网络的拓扑结构
• 2.1.2 传感器网络路由协议
• 2.2 传感器网络目标跟踪及过程
• 2.2.1 传感器网络节点
• 2.2.2 目标跟踪策略
• 2.2.3 目标跟踪过程
• 2.3 硬件模块和软件系统
• 2.3.1 数据采集模块
• 2.3.2 无线通信模块
• 2.3.3 串行通信模块
• 2.3.4 软件系统
• 2.4 本章小结
• 第3章 无线传感器网络目标定位跟踪算法研究
• 3.1 目标定位算法
• 3.1.1 三边定位算法
• 3.1.2 多边定位算法
• 3.1.3 仿真结果及分析
• 3.2 目标跟踪轨迹预测算法
• 3.2.1 分段线性拟合算法
• 3.2.2 滑动窗多项式拟合算法
• 3.2.3 仿真结果及分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于粒子滤波的目标跟踪算法研究
• 4.1 粒子滤波
• 4.1.1 粒子滤波算法
• 4.1.2 重要性采样和重抽样
• 4.2 辅助粒子滤波
• 4.2.1 辅助粒子滤波算法
• 4.2.2 辅助粒子滤波算法实现过程
• 4.3 高斯粒子滤波
• 4.3.1 高斯粒子滤波算法
• 4.3.2 高斯粒子滤波算法实现过程
• 4.4 仿真结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于无线传感器网络目标跟踪的实现
• 5.1 基于目标跟踪的数据采集系统
• 5.1.1 数据采集过程分析及程序设计
• 5.1.2 数据的无线通信过程分析及实现
• 5.1.3 串行通信程序设计及实现
• 5.2 基于目标跟踪的数据查询系统
• 5.2.1 MySQL 数据库简介
• 5.2.2 数据库设计
• 5.3 目标跟踪应用设计及结果分析
• 5.3.1 目标跟踪应用设计
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢
• 详细摘要