基于无线传感网络的目标跟踪技术

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1、目标跟踪技术郭松涛2014.11CONTENTS基于WSN的目标跟踪系统的特点WSN应用于目标跟踪的优势目标跟踪研究的内容目标跟踪策略目标跟踪关键技术目标跟踪指标要求节点的组织和路由目标侦测目标分类产生初始区域或初始簇头目标的定位目标轨迹的估计和预测消息通知目标跟踪是无线传感器网络的重要研究和应用领域之一。与传统WSN系统相比，基于WSN的目标跟踪系统具有如下特点:传感器节点小，可近距离或直接置于监视环境中，不易被监视目标发现；WSN可快速部署、自组织、自配置，根据特定的监视任务进行组网和任务分工，目标跟踪更加灵活可靠；在一些不能手工配置监控设备的区域,如受污染区域、面积广阔的原始

2、森林、敌方战场等，不可能使用传统的目标跟踪设备和方法，WSN是最佳的选择。以上特点使得WSN非常适合于地面复杂环境和特殊应用场合中的目标跟踪应用。基于WSN的目标跟踪技术在军事和民用领域的巨大应用前景受到了世界各国学术界和工业界的高度关注，成为无线传感器网络的研究重点和热点。WSN应用于目标跟踪的优势(l)低成本、低功耗、高冗余的设计原则为目标跟踪提供了较强的容错能力，网络自组织、高密度部署，使得网络抗毁能力强，在跟踪目标时可靠性高。(2)节点的综合信息有效地提高了信噪比。(3)节点与探测目标的近距离接触，可对目标进行精确感知、跟踪。(4)节点中多种传感器的混合应用，可实现对不同目

3、标的监测，其适应面广，效益高，有利于提高探测的性能指标。(5)节点传感器部署广，多节点联合，形成覆盖面积较大的实时探测区域，还可混合部署，网络抗干扰能力强。(6)借助于节点的移动，可对网络拓扑结构进行调整，有效地消除探测区域内的阴影和盲点。(7)分布式的数据处理、多节点的协同工作，使跟踪更加全面。目标跟踪过程检测阶段处于检测阶段的节点周期性地检测目标是否出现。定位阶段定位节点对接收到的采样数据进行处理、计算，得到目标的估计位置根据连续时间内产生的两个估计位置估算出目标的运动速度和运动方向对目标的运动轨迹进行拟合通告阶段执行定位算法的节点将目标预测轨迹周围的处于休眠状态的节点激活，让

4、它们加入到跟踪过程中来；通过多跳方式将目标定位结果发送给网关节点在传感器网络的许多实际应用中，跟踪运动目标是一项基本功能。由于传感器节点体积小，价格低廉，采用无线通信方式，以及传感器网络部署随机，具有自组织、鲁棒性和隐蔽性等特点，传感器网络非常适合于移动目标的定位和跟踪。基于传感器网络的目标跟踪过程通常包括侦测、定位和通告三个主要阶段，在不同的阶段采用不同的技术。在侦测阶段，可以选择红外、超声或者震动技术侦测目标的出现。在定位阶段，通过多个传感器节点互相协作，采用三角测量、双元检测等算法，确定目标的当前位置，根据节点位置的历史数据来估计目标的运动轨迹。通告阶段是节点交换信息的过程，

5、主要是广播目标的预估轨迹，通知和启动轨迹附近的节点加入目标跟踪过程。目标跟踪策略在传感器网络目标跟踪过程中，节点间的工作状态决定了目标跟踪的有效性和精确性，因而研究跟踪策略相当重要，有以下三种：(l)完全跟踪策略：网络内所有探测到目标的传感器节点均参与跟踪。显然，这种策略消耗的能量很大，造成了较大资源浪费。但同时这种方式也提供了较高的跟踪精度。(2)随机跟踪策略：网络内每个节点以概率参与跟踪，整个跟踪以平均概率进行跟踪。显然，这种策略由于参与跟踪节点数量得到限制，因而可以降低能量消耗，但是不能保证跟踪精度。(3)协作跟踪策略：网络通过一个跟踪算法来适时启动相关节点参与跟踪。通过节点

6、间相互协作对目标进行跟踪，既能节约能量又能保证跟踪精度。显然，协作跟踪策略是跟踪算法的最好选择。目标跟踪关键技术节点的组织和路由目标侦测目标分类产生初始区域或初始簇头目标的定位目标轨迹的估计和预测消息通知节点的组织和路由传感器网络没有严格的控制中心，所有节点地位平等，是一个对等式网络。而在目标跟踪应用中，由于节点能力的限制，单个节点无法有效地跟踪目标，需要多个节点进行协同感知，并对所获得的数据进行融合处理，提取信息，这样在目标跟踪过程中就有一个局部节点自组织和路由的问题。目前在节点的自组织方面有以下几种方式：静态局部集中式动态局部集中式单点式序贯式节点的组织和路由1.静态局部集中式

7、在网络中安排一定量具有较强处理能力的簇头(也叫超级节点)，普通节点在获得测量数据后传到簇头，簇头再对数据进行处理，然后通过簇头间的路由送到用户终端。这也是层次式的结构。虽然这是比较好的方法，但是对随机撒布形成的传感器网络无法控制簇头位置，事实上难以实现。在网络拓扑不可人为控制时，这种方法就失去了其有效性。2.动态局部集中式簇头在目标跟踪过程中通过一定的准则动态产生，其他节点将数据传送给动态簇头；在目标离开簇头侦测范围后，产生新的簇头，原来的簇头恢复侦测状态，这是目前比