基于无线传感器网络的追逃研究

论文摘要

追逃游戏（Pursuit-Evasion Game, PEG）作为一般控制问题已经研究多年。典型的PEG问题是在给定的条件下,寻找追逐和逃跑最优策略。随着无线传感器网络（WSN）的出现,目前基于WSN的PEG又成为WSN、WSN控制和PEG策略方面的研究热点之一。PEG用无线传感器网络作为Pursuers的观测器,与其它设备如惯性导航设备,GPS,摄像头相比的优点是：布置灵活方便,受外界环境影响小,监测范围广泛,能够提供全局的情况监测,克服了其它监测设备监测范围有限的问题,特别适合于追逃策略新方法的研究和基于无线传感器网络控制研究。本文研究中建立了基于无线传感器网络追逃问题平台理论模型。为了解决无线传感器网络检测数据周期随机性,延时随机性和存在误差的不足,设计了基于卡尔曼滤波技术和平滑移动技术的移动载体（Evader/Pursuer）状态估计器。通过仿真验证,状态估计器能够明显地提高移动载体状态检测精度,并估计到载体“当前”状态。在移动载体（Pursuer）控制方面,设计了基于模糊控制技术的移动载体控制器。仿真结果表明在移动载体（Evader/Puersuer）状态有误差的情况下,控制器能够有效地控制载体跟踪目标,具有一定鲁棒性。最后,本文研究了基于无线传感器网络PEG问题的追逃策略。研究中将Evaders运动分为随机运动模式和主动逃避运动模式,设计了Pursuers的点到点追逐模式（PTP）和智能合作追逐模式（ICP）,建立了Evaders/Pursuers运动数学模型。仿真结果表明采用智能合作追逐模式更能提高Pursuers追逐效率,并且在考虑Evaders和Pursuers的位置误差时,将追逃半径调整为r>2.3m,追逃策略仍然有效。同时,本文研究了多个Evaders和多个Pursuers追逃中Pursuers的追逃目标分配算法。仿真结果表明,目标分配算法能按照预定原则分配Pursuers的追逃目标,提高整体追逃效率。本文的追逃策略具有计算量小,鲁棒性的特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络的发展和应用
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 PEG问题研究
• 1.2.2 无线传感器网络控制系统
• 1.2.3 进展现状
• 1.3 基于无线传感器网络PEG问题系统描述
• 1.4 主要工作
• 第二章 无线传感器网络
• 2.1 无线传感器网络组成
• 2.1.1 体系结构
• 2.1.2 传感器网络节点
• 2.1.3 无线传感器网络协议栈
• 2.1.4 目前无线传感器网络研究重点
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络与传统的无线ad-hoc网区别
• 2.4 无线传感器网络的设计目标
• 2.5 无线传感器网络仿真模拟器
• 第三章 基于无线传感器网络PEG平台理论模型
• 3.1 基于无线传感器网络的PEG实验
• 3.2 建立基于无线传感器网络PEG平台理论模型
• 3.2.1 无线传感器网络
• 3.2.2 传感器节点
• 3.2.3 基站和中间节点
• 3.2.4 移动载体
• 3.3 系统工作过程
• 3.4 相关技术
• 3.5 无线传感器网络平台模型假设
• 第四章 移动载体状态估计和控制
• 4.1 引言
• 4.2 Evader状态估计
• 4.2.1 建立运动状态方程
• 4.2.2 状态估计计算
• 4.2.3 仿真分析
• 4.3 Pursuer状态估计
• 4.3.1 建立运动状态方程
• 4.3.2 状态估计计算
• 4.3.3 仿真分析
• 4.4 Pursuer控制器设计
• 第五章 追逃策略
• 5.1 研究对象描述
• 5.2 Evader运动模型
• 5.2.1 随机运动（RMM）模型
• 5.2.2 主动逃跑运动（AEM）模型
• 5.2.3 边界处逃跑运动
• 5.3 Pursuer运动模型
• 5.3.1 点到点式追逃策略（PTP）
• 5.3.2 智能合作式追逐策略（ICP）
• 5.3.3 多追多追逐策略（MTMP）
• 5.4 仿真分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢