基于無線傳感器網(wǎng)絡的目標狀態(tài)估計與融合.pdf

1、隨著網(wǎng)絡技術、無線通信技術、微機電技術和微處理器技術等方面的進步，無線傳感器網(wǎng)絡（WSNs）及其應用成為了研究焦點并取得長足發(fā)展。目標定位與跟蹤作為WSNs的典型應用，具有低成本、高可靠性以及自組織等特點。
　　本文從經(jīng)典的卡爾曼濾波器出發(fā)，研究了利用平滑技術改進sigma點卡爾曼濾波器估計精度的方法以及利用信息卡爾曼濾波器在數(shù)據(jù)融合的結構優(yōu)勢，在保證跟蹤精度的條件下得到有效減少網(wǎng)絡整體能耗的分布式濾波方法。具體包括如下創(chuàng)新性成果

2、：
　　（1）平滑問題就是在已知前二階矩特性的情況下,對一個馬爾可夫或高斯-馬爾可夫序列進行不斷修正以得到最優(yōu)平滑值的問題。考慮到傳統(tǒng)固定時隙平滑算法耗時長，無法滿足目標跟蹤實時性要求，本文提出一種結合固定滯后平滑和sigma點轉換策略的FL_URTS平滑方法。該法通過將逆時方向計算的平滑器嵌入到順時方向計算的濾波器中，在獲得接近甚至優(yōu)于傳統(tǒng)平滑方法估計精度的同時能大幅減小延時。
　　（2）考慮到傳感器節(jié)點自身資源的限制，提

3、出了一種綜合考慮簇集整體能耗因素和節(jié)點剩余能量因素的動態(tài)分簇策略。該方法首先根據(jù)預測結果估計目標在下一時步可能的位置，然后通過最近鄰法得到能有效觀測到目標的最小節(jié)點集，并采用能量均衡策略選出這個簇集中的簇首用來對下一時步內所有的觀測數(shù)據(jù)進行融合。由于每一時步內只有距離目標最近的一簇節(jié)點參與目標跟蹤，所以這種分簇策略在保證跟蹤精度的同時可以有效降低網(wǎng)絡整體能耗。
　?。?）信息結構的sigma點濾波器因為采用了逆協(xié)方差形式使其容易進

4、行數(shù)據(jù)的融合。本文利用新提出的動態(tài)分簇策略，結合分布式sigma點信息濾波器得到了基于動態(tài)分簇的分布式sigma點信息濾波算法，該方法利用簇內節(jié)點得到的信息貢獻量在簇首處進行統(tǒng)一的融合處理。由于各成員節(jié)點具備數(shù)據(jù)計算能力，簇首不必像集中式濾波算法一樣需要對每個傳感器送來的原始測量數(shù)據(jù)進行擴維計算，使得融合算法的復雜度從集中式的隨傳感器個數(shù)平方增加變?yōu)殡S傳感器個數(shù)線性增加。
　?。?）為了進一步提高跟蹤精度，本文還利用固定滯后平滑可