无线传感器网络基于可信距离区间的目标定位与跟踪

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无线传感器网络,也称感知网,是一种由大量体形小、成本低,具有通信能力的传感器通过ad hoc方式形成的网络。其能够实时获取、分析、融合周边环境信息,反馈给后台用户,在环境监测、设备管理、公共安全、医疗和军事应用等方面有着广泛的用途。其中目标跟踪研究是一个很重要的应用研究分支,在野生动物追踪、智能交通、战场监控等应用中作用举足轻重。本文针对目标定位的精确性,定位过程的复杂性,在已有的根据能量定位的方法基础上,提出了一种新的定位方法,并基于这种定位方法,提出了一种感知网目标跟踪框架。  首先针对感知网定位环境的噪声不可消除性的特点,在综合各种已有能量定位方法的基础上,考虑噪声的影响,本文提出了一种新的基于“可信距离区间”的定位算法。此方法考虑噪声的因素,把目标可能出现的距离扩展为一个可信距离区间,使定位更接近实际情况,从而大大提高了定位的精确度。本文在定位算法中引进了有效感知弧的概念,使定位情况简单化。  基于“可信距离区间”定位算法,通过对先期目标信息的存储和节点感知区域的划分,本文提出K值目标定位算法,对定位精度和计算复杂度进行折中,在满足需要的条件下,提高了定位效率。  分布式簇管理机制是移动目标跟踪系统的核心组件,是系统达到高可扩展性和低能耗的关键。本文提出了一种基于目标信号强度和节点自身电量的动态簇管理机制,从簇的构建和簇的维护两个方面对其工作机理进行了详细阐述,并针对系统运行时可能出现的各种异常状况给出了相应的解决方案。  本文基于常用的分段线性拟合和滑动窗多项式拟合方法,提出了一种自适应的方法对运动的目标轨迹进行拟合和预测。该方法是利用目标位置历史数据序列建立拟合方程,根据目标的运动状态,选择一种适合的模型进行拟合,实现对目标实时预测。仿真试验结果表明,该方法计算量小、适合各种运动情况,精度高,更加有利于目标跟踪的实现。  最后,设计和实现了基于HIT节点的目标捕获子系统和基于Mica2平台的目标定位与跟踪子系统。HIT节点的应用系统用于对目标的声音和图像进行采集和管理;目标定位与跟踪系统用于本文中提出的目标定位与跟踪算法的可行性验证。
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