基于粒子滤波的无线传感器网络目标跟踪算法的.研究

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1、天津大学硕士学位论文基于粒子滤波的无线传感器网络目标跟踪算法的研究第一章绪论目标跟踪是无线传感器网络(WSN)的一项重要应用。WSN节点体积小、价格低廉，同时还具有无线通信、网络随机部署等功能，其自组织、鲁棒和隐蔽等特点也非常适用于机动目标的跟踪和定位‘11，但它易受节点能耗的干扰，拓扑结构也是动态变化的。因此，研究合理的适用于无线传感器网络的目标跟踪方法具有重要的意义。1．1目标跟踪问题1．1．1目标跟踪问题概况目标跟踪问题作为探测技术的一个重要方面一直是一个热门问题，广泛应用于军事和民用的各个领域。第一个目标跟踪系统可以追溯到第二次大战前夕，即1937年出现

2、第一部跟踪雷达站SCRl21，它通过一个探测器连续地瞄准和跟踪一个目标来实现。随着科学技术的进步和现代战略战术的发展，各种雷达、红外、声纳和激光、卫星等目标跟踪系统相继得到发展并且日趋完善。目标跟踪技术在国防上占据着极其重要的地位，如反弹道导弹的防御、空中预警、地对空、舰对空、舰对舰、空对空的超视距目标探测、跟踪、攻击、战区监视、精确制导与打击、低空突防等。美国国家导弹防御系统NMD和区域导弹防御系统TMD，其核心技术之一就是目标跟踪【3】。目标跟踪技术在民用领域也已得到广泛应用，如在交通、医学、工业领域中的应用例子也是举不胜举。1．1．2目标跟踪问题研究现状目

3、标跟踪问题一般可分为四类：一个传感器跟踪一个目标(OTO)、一个传感器跟踪多个目标(OTO)、多个传感器跟踪一个目标(MTO)、多个传感器跟踪多个目标(MTM)p】。自主传感器网络发展起来之前，早期的目标跟踪系统是通过GPS室外定位来实现的。GPS接收机通过计算收到的几个卫星信号的传播时间来估算自身与它们之间的距离，通过将本地时间与卫星的系统时间比较而得到的偏移量来间接获得距离数据，因此对系统的要求是时钟必须精确同步，而且接收机还要避免来自上方的遮盖问题，保证与卫星信号畅通。但由于GPS接收机本身的结第一章绪论构、价格等因素，不利于小型化以及大规模的铺设，这种通

4、过GPS室外定位实现方案通常只能用于传感器节点较少而且对节点体积没有严格限制的有限的场合。在军事上，随着光电对抗、电子对抗技术的发展，目标的隐身特性和机动性能不断改善，被探测目标的不确定性更加复杂，机动目标跟踪，特别是杂波环境下的多传感器机动目标跟踪是近来人们研究较多的一个课题，变维滤波、输入估计、自适应过程噪声模型和多模伪贝叶斯技术等跟踪机动目标的技术早已被提出。随着无线传感器网络【4删的出现，通过无线传感器网络WSN(WirelesSensorNetwork)实现目标跟踪已成为了研究热点。无线传感器网络以其高节点密度，精确的感知数据，易部署等特点备受目标跟踪

5、系统的青睐。1．2无线传感器网络概述1．2．1无线传感器网络的概念【6J进入21世纪以来，微电子机械系统(micro．electro-mechanismsystem，MEMS)、计算机、通信、自动控制和人工智能等科学的飞速发展孕育了一种新型的测控网络——无线传感器网络(wirelesssensornetwork，WSN)。无线传感器网络是由大量无处不在的，具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。无线传感器网络是一种超大规模、无人值守、资源严格受限的全分布系统，采用多跳对等的通信

6、方式，其网络拓扑动态变化，具有自组织、自治、自适应等智能属性。1．2．2无线传感器网络的特点在过去的80年里，无线网络技术取得了突飞猛进的发展。从人工操作的无线电报网络到使用扩频技术的自动化无线局域、个域网络，无线网络的应用领域随着技术的进步不断扩展。与传统网络相比，无线网络具有如下特点17]-1101：无中心和自组织性、动态变化的网络拓扑、受限的无线传输带宽、移动终端的能力有限、多跳路由、安全性较差、网络的可扩展性不强。无线传感器网络与无线自组网络有许多相似之处，也具有无线自组网络的前6条属性，但通过比较可发现，二者存在着一些本质的区别。首先，二者的应用目标不

7、同。无线自组网络在不依赖于任何基础设施的前提下，为用户提供高质量的数据传输服务为主要目标。从这种意义上讲，无线自组网络是一种数据网络，2天津大学硕士学位论文基于粒子滤波的无线传感器网络目标跟踪算法的研究而无线传感器网络是一种测控网络。其次，无线传感器网络具有以下的一些区别于无线自组网络的独有特点：(1)超大规模：为了完成对物理世界高密度的感知，无线传感器网络系统一般由成千上万个微小传感器构成，较无线自组网络规模成数量级的提高。无线传感器网络主要不是依靠单个设备能力的提升，而是通过大规模、冗余的嵌入式设备的协同工作来提高系统的可靠性和工作质量。尽管在未来的5一lO

8、年内，具有计算、存储、通