基于被动红外感知技术的目标跟踪系统研究与实现

论文摘要

目标跟踪是无线传感器网络的重要应用之一,主要用于战场侦察、军事训练、交通管理、物流跟踪等领域。无线传感器网络目标跟踪系统按照侦测手段分类,可以分为主动跟踪系统和被动跟踪系统。在主动跟踪系统中,被跟踪目标往往需要向传感器节点主动发出导引信号,具有较大的局限性;而被动跟踪系统中,因为被跟踪目标不需要主动发出导引信号,因此具有较好的适应性,应用更加灵活广泛。本文主要基于被动红外感知技术研究目标跟踪系统的设计与实现,包括目标跟踪的建模、以及红外感知节点的实现、设计并实现了无线传感器接入无线Mesh网的网关等。首先,根据红外传感器检测红外辐射基本原理和菲涅尔透镜,建立了被动红外传感器网络跟踪移动目标的几何学模型,并在此基础上提出了一种被动红外跟踪方法PITM,该方法利用被动红外传感器网络可获得被跟踪目标的位置和速度。仿真实验表明,当传感器节点探测距离大于12米且传感器网络的节点密度为16个节点/1000m2时,PITM方法的定位误差在0.2m以内。其次,针对被动红外跟踪的实际需求,利用现有MICAz传感器平台提供的标准接口,设计并实现了一种被动无线红外传感器节点PIRMote。通过实际测量,PIRMote节点能够检测运动的人和车辆,检测距离为12米。最后,讨论了被动红外传感器网络目标跟踪系统的设计与实现,提出了系统的整体框架,研究了系统与其他无线网络的互连,设计并实现了接入无线Mesh网络的网关节点,为无线传感器网络提供了灵活方便的接入方式。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络（WSN）
• 1.1.1 WSN 的研究意义
• 1.1.2 WSN 的节点结构
• 1.1.3 WSN 的网络结构
• 1.1.4 WSN 的应用领域
• 1.2 目标跟踪系统
• 1.2.1 目标跟踪特点和研究问题
• 1.2.2 跟踪系统应用及分类
• 1.3 本文工作
• 1.4 本文组织结构
• 第二章 基于被动红外传感技术的目标跟踪技术
• 2.1 引言
• 2.2 热释电红外传感器
• 2.2.1 红外辐射
• 2.2.2 热释电红外传感器
• 2.3 被动红外目标跟踪
• 2.3.1 双元模型
• 2.3.2 Quad 模型
• 2.3.3 滤波自适应
• 2.4 现有研究分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 被动红外目标跟踪方法PITM
• 3.1 引言
• 3.2 PITM 基本检测模型
• 3.3 PITM 跟踪算法
• 3.4 实验仿真
• 3.4.1 环境设定
• 3.4.2 实验结果分析
• 3.4.3 实验结论
• 3.5 本章小结
• 第四章 红外感知节点（PIRMOTE）的设计与实现
• 4.1 引言
• 4.2 PIRMOTE 体系结构
• 4.3 MICAZ 节点
• 4.3.1 MICAz 应用
• 4.3.2 处理器ATmega128L
• 4.3.3 无线通信模块CC2420
• 4.3.4 标准接口51-pin
• 4.4 红外控制电路
• 4.4.1 红外信号处理电路设计
• 4.4.2 数模转换原理
• 4.5 节点操作系统
• 4.5.1 操作系统设计思想
• 4.5.2 系统组件
• 4.5.3 红外采样组件
• 4.6 本章小节
• 第五章 系统级的设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 无线MESH 网络
• 5.3 无线感知网络的设计
• 5.3.1 系统应用目标
• 5.3.2 目标的分类和定位
• 5.3.3 视频节点设计
• 5.3.4 感知网络的簇型结构
• 5.4 网关节点的功能设计
• 5.4.1 无线Mesh 网络结构
• 5.4.2 Mesh 网关节点设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果