基于無線傳感器網絡的目標檢測與跟蹤研究.pdf

1、隨著微機電系統(tǒng)技術、無線通信技術、計算技術與傳感器技術的迅猛發(fā)展，集信息感知、信息處理與信息傳輸于一體的多學科交叉技術——無線傳感器網絡——成為國際上備受關注的前沿熱點研究領域。因其獨有的特點，無線傳感器網絡被廣泛應用于國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、智能家居與醫(yī)療護理等多個領域，被認為是21世紀最有影響的21項技術之一和改變世界的10大技術之一。
　　移動目標檢測與跟蹤作為無線傳感器網絡的重點應用領域之一，有著廣泛的前景，尤其在安全防衛(wèi)領域

2、發(fā)揮著重大作用。本文考慮無線傳感器網絡大規(guī)模和資源受限的特點，針對目標檢測與跟蹤，研究網絡節(jié)點部署、節(jié)點跟蹤調度與信息的實時匯報問題，并通過仿真與實際系統(tǒng)驗證算法的有效性。本文的主要貢獻有如下幾個方面:
　　1.針對靜態(tài)傳感器網絡隨機部署后難以有效形成柵欄覆蓋的問題，提出了利用移動節(jié)點再部署以彌補靜態(tài)節(jié)點間漏洞，從而形成柵欄覆蓋。提出了加權柵欄圖的概念，將最小代價移動節(jié)點問題轉化為加權柵欄圖的最短路徑問題;將最小能耗柵欄覆蓋構建問

3、題映射為最小成本二部分配問題;在此基礎上，提出了有向柵欄覆蓋構建算法以最小的代價部署和調度移動節(jié)點與靜態(tài)節(jié)點形成柵欄覆蓋。理論分析和仿真結果驗證了算法的有效性。
　　2.從實際角度出發(fā)，首次考慮節(jié)點位置誤差存在對柵欄覆蓋的影響。理論分析了節(jié)點位置誤差如何影響所需的真實移動節(jié)點數(shù)目，并提出了最優(yōu)的遞進式移動節(jié)點部署算法指導節(jié)點移動彌補靜態(tài)節(jié)點間漏洞。此外，考慮位置誤差的影響，提出了容錯加權柵欄圖，從圖論角度得到確保柵欄覆蓋構建所需的

4、最少移動節(jié)點數(shù)目。實驗結果驗證了誤差的影響以及理論分析和算法的正確性。
　　3.針對大規(guī)模網絡中移動目標有效跟蹤及位置實時匯報問題，提出了基于簇的目標跟蹤算法。提出利用簇頭喚醒和休眠節(jié)點跟蹤目標，并通過簇頭構建的骨干網實時匯報目標位置。實驗結果表明，基于簇的目標跟蹤算法在準確跟蹤目標的同時，不僅節(jié)省了能耗，也減少了位置匯報的延時。
　　4.針對基于簇的目標跟蹤算法所面臨的邊界問題，將動態(tài)簇思想融入到靜態(tài)簇網絡結構中，提出了基

5、于混合簇的目標跟蹤算法。在目標移動過程，不斷的利用靜態(tài)簇與動態(tài)簇輪流跟蹤目標。實驗結果表明，基于混合簇的目標跟蹤算法有效解決了基于簇的跟蹤算法所面臨的邊界問題，并在性能方面優(yōu)于其他經典的目標跟蹤算法。
　　5.針對已有目標跟蹤算法缺乏系統(tǒng)驗證的問題，在基于簇的目標算法框架下，設計實現(xiàn)了真正的移動目標跟蹤系統(tǒng)。此系統(tǒng)包含36個傳感器節(jié)點，一個匯聚節(jié)點與一個基站。多次的靜止目標定位實驗與移動目標跟蹤實驗，充分驗證了目標跟蹤系統(tǒng)的有效性