运动特征及地形约束的感知网目标跟踪算法及系统研究

摘要

感知网（无线传感器网络）是将多个带有无线通讯模块的感知节点（传感器节点）部署在需要的区域内，这些感知节点自组织成一个网络，利用自身的传感器采集数据，使用自身的通讯模块通过网络，以多跳形式将采集的数据传送给网络使用者。
　　感知网利用分布在敏感区域上的大量无线自组的微小传感器，能够迅速、准确、隐蔽的跟踪战场上的目标。因此，如何利用感知网来跟踪判定敏感区域中的目标，正成为研究的热点问题之一。本文就针对在感知网中如何有效对目标进行分类跟踪，及如何提高跟踪过程能量效率的问题展开了深入的研究。
　　本文讨论了传感器探测模型以及网络覆盖模型，并且从目标运动特征入手，建立了目标分类模型。通过假设目标局部做直线运动，采用自适应的最小二乘法拟合历史数据，来预测目标的运动方向和速度。本文还使用数据融合的办法，对目标进行分类，提出了目标分类算法，通过实验验证了算法的有效性。
　　针对地形对目标运动的影响，提出了目标地形约束率的概念，并建立地形约束率更新的一阶马尔可夫模型，在线更新后验地形约束率，并以此来修正基于目标运动模型的预测结果。在目标分类模型的基础上，研究了当前可用的目标定位跟踪算法。为了提高定位精度、减少计算复杂性、通讯开销，提出了基于目标类型的定位算法，用节点对目标位置的不同影响力来确定加权因子。实验证明，算法的节点定位精度比常用的质心定位算法高，并且对硬件的要求不高、通讯开销小、节能，具有较普遍的应用意义。同时本文还针对感知网的第一大要务能量问题，提出了基于目标分类模型的跟踪算法，通过开启小范围的感知节点，来尽量小的降低能耗，延长系统的生命周期。
　　最后，给出基于Mica2平台的节点系统和基于分类跟踪模型的感知网系统的设计与实现，并给出了系统的测试案例。

目录

运动特征及地形约束的感知网目标跟踪算法及系统研究

RESEARCH ON TARGET TRACKINGAND SYSTEM IN WIRELESS SENSORNETWORKS BASED ON CHARACTEROF MOVEMENT AND TERRAINRESTRICTION

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题研究目的及意义

1.2 与课题相关的国内外研究综述

1.2.1 国内外关于感知网的研究现状

1.2.2 国内外关于无线感知网络中目标分类跟踪研究现状

1.3 本文的主要研究内容

1.3.1 基于数据融合的目标分类模型研究

1.3.2 基于地形约束和目标分类的定位跟踪算法研究

1.3.3 论文结构

第2章 基于数据融合的目标分类模型

2.1 感知网模型

2.1.1 传感器探测模型

2.1.2 网络覆盖模型

2.2 感知网目标分类模型

2.2.1 运动学动作模型

2.2.2 基于数据融合的目标分类算法

2.3 本章小结

第3章 基于地形约束和目标分类的定位跟踪算法

3.1 基于地形约束的预测

3.1.1 地形约束率

3.1.2 基于地形约束率的预测

3.2 感知网目标定位问题分析

3.2.1 距离测量方法

3.2.2 基于感知能量的定位算法

3.3 基于目标类型的定位算法

3.3.1 基于RSSI 的质心定位算法分析

3.3.2 基于目标类型的节点选取策略

3.3.3 算法设计与分析

3.3.4 实验验证

3.4 基于目标分类模型的目标跟踪算法

3.4.1 跟踪算法设计

3.4.2 能量分析

3.5 本章小结

第4章 感知网目标分类跟踪系统设计与实现

4.1 系统总体设计

4.2 感知网网络管理子系统

4.3 数据管理子系统

4.4 目标定位与跟踪子系统

4.5 基于MICA2 平台的系统设计与实现

4.5.1 MICA2 平台系统总体设计

4.5.2 节点定位的实现

4.6 系统测试案例

4.6.1 网络管理子系统测试案例

4.6.2 数据管理子系统测试案例

4.6.3 目标定位跟踪子系统测试案例

4.7 本章小结

结论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢