[發明專利]一種基于傳感器節點策略選擇的水下無線傳感器網絡目標跟蹤方法

有效

• 申請號: 201310039861.6
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103096444A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 謝立;周圣賢;宋克蘭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種傳感器節點策略選擇的水下無線傳感器網絡目標跟蹤方法

背景技術

水下無線傳感器網絡是指在一定的水域中部署大量的傳感器節點和自主車協作監測和采集周圍環境感興趣數據的網絡，傳感器節點能夠自組織地建立起網絡并進行聲通信，經過數據融合技術，指定節點將獲取的數據傳送到水面或者岸基的控制中心，這樣就實現了水下傳感器網絡與陸地通信網絡的融合。水下傳感器通常具有低功耗、傳輸距離短的特點。

水下目標跟蹤是水下傳感器網絡的一個重要應用。水下傳感器網絡具有節點分布廣、數量多，節點間可以相互協作、交換數據，可擴展性強等特點，這有利于擴大目標的跟蹤范圍、加強目標跟蹤的可靠性和實時性。

在機動目標的行進路線上分布著眾多的傳感器節點，很多傳感器節點與目標的距離比較遙遠，其測量信息被傳送到處理節點時往往存在著延時、失真等問題。這些測量信息對目標軌跡估計的幫助往往可以忽略。這樣的節點在大規模水下傳感器網絡中是占絕大多數的，如果長時間使上述節點保持工作狀態，不僅使產生的無用信息嚴重侵占本已十分寶貴的水下信道頻譜資源，而且造成這些節點能源的浪費。水下傳感器節點一般采用蓄電池供電，由于環境復雜，蓄電池的工作壽命一般是一次性的，能源的限制嚴重降低了傳感器的工作時間。因此將有限的能源用于有效的探測尤其顯得重要。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基于傳感器節點策略選擇的水下無線傳感器網絡目標跟蹤方法。

基于傳感器節點策略選擇的水下無線傳感器網絡目標跟蹤方法步驟如下：

1）初始化水下無線傳感器網絡，使所有傳感器節點都具有同一規格，并且都處于工作狀態；

2）設定目標初始狀態估計值和初始方差估計值；

3）k時刻選擇距離目標狀態估計值最近的傳感器節點作為處理節點；

4）k時刻選擇距離處理節點三倍標準差范圍內的傳感器節點作為觀測節點；

5）k時刻選擇傳感器節點觀測范圍大于觀測節點與目標位置估計的傳感器節點發送觀測數據到處理節點；

6）k時刻處理節點運用卡爾曼濾波估計目標位置估計和方差估計；

7）k時刻自加1，目標移動到另一個位置，按照步驟3）選擇處理節點

8）重復步驟3）-步驟7），直至目標脫離水下傳感器網絡的覆蓋區域為止。

本發明有效降低了水下無線傳感器網絡目標跟蹤的能耗和通信負載。

附圖說明

圖1是本發明的傳感器節點選擇示意圖。

具體實施方式

基于傳感器節點策略選擇的水下無線傳感器網絡目標跟蹤方法的步驟如下：

1）初始化水下無線傳感器網絡，使所有傳感器節點都具有同一規格，并且都處于工作狀態；

2）設定目標初始狀態估計值和初始方差估計值；

3）k時刻選擇距離目標狀態估計值最近的傳感器節點作為處理節點；

4）k時刻選擇距離處理節點三倍標準差范圍內的傳感器節點作為觀測節點；

5）k時刻選擇傳感器節點觀測范圍大于觀測節點與目標位置估計的傳感器節點發送觀測數據到處理節點；

6）k時刻處理節點運用卡爾曼濾波估計目標位置估計和方差估計；

7）k時刻自加1，目標移動到另一個位置，按照步驟3）選擇處理節點

8）重復步驟3）-步驟7），直至目標脫離水下傳感器網絡的覆蓋區域為止。

實施例

步驟101：初始化水下無線傳感器網絡，在水下環境內均勻播撒無線傳感器網絡節點，所有節點都具有統一的規格，如通信距離、探測距離等，所有節點都處于工作狀態，保持探測功能，但是可以關閉通信功能，所有節點都必須知道位置數據。

步驟102：在k=0時刻，根據目標的初始分布設定目標初始位置估計值和初始方差估計值。

步驟103：在k時刻，存在一個對目標位置估計的橢圓區域。通過上一時刻的卡爾曼濾波預測過程可以獲得該時刻目標位置估計的橢圓區域。選擇離橢圓區域中心最近的節點作為處理節點，上一時刻的處理節點會將目標運動信息傳送給當前的處理節點。