无线传感器网络动态簇目标跟踪算法研究

论文摘要

无线传感器网络集成了传感器技术、微机电技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,具有自组织、广覆盖、高容错性及高精度等优点。无线传感器网络的低成本、低功耗、布置灵活等固有特点,使其在军事、民用等领域应用广泛。基于无线传感器网络的移动目标定位和跟踪技术是目前研究的热点。其中,高效地利用网络能量、保证目标跟踪精度是目前研究的关键技术之一。本文对无线传感器网络中的定位和目标跟踪问题进行了深入的研究,主要研究成果如下:①针对DV-Hop定位算法以平均跳段距离代替实际直线距离而导致定位误差较大这一问题,提出了一种改进的DV-Hop定位算法。在改进算法中,锚节点通过实际距离和估计距离的误差来修正每跳平均距离。改进DV-Hop节点坐标计算方法,摒弃传统的三边定位算法而采用二维双曲线定位算法计算节点坐标。最后求得包含误差修正值的最终节点坐标,它更接近实际节点坐标。仿真结果表明,与传统DV-Hop算法相比,改进算法在不需要增加节点的硬件开销的基础上有效地提高了定位精度。②在基于簇结构的单目标跟踪算法的基础上提出了一种动态簇目标跟踪算法（DCTT）,该算法有效的提高了目标跟踪精度、延长了网络生存时间。在本算法中,节点之间相互协作地监测并跟踪移动目标。跟踪过程主要包括三个阶段,目标探测、动态组簇和目标定位。目标进入监测区域后,由目标发射的信号来触发节点进行目标探测。传感器节点根据接收到的目标信号强度动态组簇。簇头节点根据获得的簇内其他节点的信息来计算目标的位置。目标位置计算采用基于感知概率的加权质心定位算法。本文主要关注目标跟踪中精度和能量开销两个方面。仿真结果表明,动态簇目标跟踪算法能够实现能量高效和良好的跟踪性能。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 无线传感器网络与普适计算
• 1.1.2 无线传感器网络概述
• 1.1.3 无线传感器网络与目标跟踪
• 1.2 相关领域研究现状概述
• 1.2.1 无线传感器网络研究进展
• 1.2.2 无线传感器网络关键技术
• 1.2.3 无线传感器网络目标跟踪算法
• 1.3 本文课题来源以及主要研究内容
• 2 无线传感器网络目标跟踪
• 2.1 无线传感器网络目标跟踪概述
• 2.1.1 无线传感器网络目标跟踪问题
• 2.1.2 无线传感器网络目标跟踪步骤
• 2.2 目标跟踪需要解决的问题
• 2.3 目标跟踪算法的关键技术
• 2.3.1 网络拓扑与路由协议
• 2.3.2 移动目标探测与协同信息感知
• 2.3.3 目标位置的确定与轨迹预测
• 2.4 现有典型目标跟踪算法
• 2.4.1 基于树状的目标跟踪算法
• 2.4.2 基于簇状的目标跟踪算法
• 2.4.3 基于二进制探测的目标跟踪算法
• 2.4.4 基于粒子滤波的跟踪算法
• 2.4.5 各类目标跟踪算法性能分析比较
• 2.5 目标跟踪算法的性能指标
• 2.6 本章小结
• 3 无线传感器网络节点定位算法
• 3.1 定位算法分类
• 3.2 几种常见的定位算法
• 3.3 DV-Hop 定位算法
• 3.3.1 算法的基本思想
• 3.3.2 DV-Hop 算法的不足
• 3.4 Improved DV-Hop 定位算法
• 3.4.1 每跳平均距离计算
• 3.4.2 未知节点坐标计算
• 3.5 算法仿真
• 3.5.1 仿真参数定义
• 3.5.2 仿真结果分析
• 3.6 本章小结
• 4 无线传感器网络动态簇目标跟踪算法（DCTT）
• 4.1 DCTT（Dynamic Clustering Target Tracking）设计思想
• 4.2 DCTT 模型
• 4.2.1 传感模型
• 4.2.2 节点分布模型
• 4.2.3 概率模型
• 4.3 DCTT 具体实现过程
• 4.3.1 基于探测阈值的节点选择
• 4.3.2 动态簇头交移
• 4.3.3 基于感知概率的目标位置计算
• 4.3.4 目标运动轨迹预测
• 4.4 目标丢失和异常情况处理
• 4.4.1 目标丢失的原因
• 4.4.2 目标丢失的恢复
• 4.4.3 新节点加入网络
• 4.4.4 簇头节点意外死亡
• 4.4.5 成员节点意外死亡
• 4.4.6 簇内节点少于两个
• 4.5 DCTT 算法仿真
• 4.5.1 误差分析
• 4.5.2 能耗分析
• 4.6 本章小结
• 5 总结
• 5.1 工作总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• B.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目