基于MAD的水下运动物体航迹测量研究

论文摘要

基于MAD的目标磁探测技术以天然的地磁场为背景,弥补了传统声纳探测有源性及隐蔽性不好等缺点,主要应用于军事领域,如鱼雷、潜艇的跟踪捕获,我国在这一领域的应用尚处于起步阶段。论文利用磁异信号探测法得到磁信号矢量,实现对水下铁磁性运动物体的跟踪定位,在研究水下运动物体测量方面具有重要的参考价值和实际意义。论文首先分析了课题的相关研究现状和磁异信号探测技术;然后在研究了四种分布式定位算法的基础上提出了一种改进的Robust Position算法,克服了原算法覆盖速度慢,能耗大等缺点,引入加权最小二乘估计,可以抑制累积误差的影响。仿真结果表明,在锚节点比例为20%、测距误差为20%的条件下,节点平均定位误差为36%,可以满足要求;最后研究了基于预测模型的磁传感器网络,它采用以“协作群”为跟踪单元的结构形式,这种设计对局部节点失效具有很好的鲁棒性。仿真结果表明,在节点定位能力强、采样频率较高的情况下,基于直线的预测模型具有很好的跟踪效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 相关研究领域及发展现状
• 1.2.1 无线传感器网络概述
• 1.2.2 无线传感器网络节点自定位技术
• 1.2.3 无线传感器网络目标跟踪研究
• 1.3 论文内容及章节安排
• 第二章 基于 MAD 的目标探测技术
• 2.1 MAD 探测原理
• 2.1.1 磁探测技术概述
• 2.1.2 铁磁体磁场表示
• 2.1.3 MAD 原理概述
• 2.2 测磁传感器的选择
• 2.2.1 磁阻传感器
• 2.2.2 AMR 传感器应用
• 2.3 磁传感器网络的设计与实现
• 2.3.1 传感器网络设计因素
• 2.3.2 无线磁传感器网络的系统结构
• 2.3.3 传感器节点的布放与覆盖问题
• 2.4 本章小结
• 第三章 分布式节点自定位算法研究
• 3.1 节点定位的基本原理
• 3.2 节点自定位算法性能评价
• 3.3 典型分布式定位算法研究
• 3.3.1 质心定位算法
• 3.3.2 Bounding-Box 算法
• 3.3.3 DV-hop 算法
• 3.3.4 Robust Position 算法
• 3.3.5 算法性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 一种改进的节点定位算法研究
• 4.1 影响定位精度的误差累积问题
• 4.1.1 最小二乘估计法
• 4.1.2 加权最小二乘估计
• 4.2 定位覆盖度问题
• 4.2.1 两个锚节点定位模型
• 4.2.2 三个锚节点共线判定
• 4.3 节点定位算法设计及实现
• 4.3.1 C-RP 算法步骤
• 4.3.2 C-RP 算法定位框架
• 4.4 仿真及结果分析
• 4.4.1 节点部署
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于预测模型的目标跟踪研究
• 5.1 跟踪方案设计
• 5.1.1 分布式协作群设计
• 5.1.2 头节点产生原则
• 5.2 预测模型的设计与应用
• 5.2.1 预测条件
• 5.2.2 预测模型的设计
• 5.3 仿真结果及分析
• 5.3.1 模拟目标航迹坐标生成算法
• 5.3.2 基于预测模型的目标跟踪仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果