[發(fā)明專利]一種基于信息一致性的無線傳感網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310240572.2
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN103313384A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝立;黃財(cái)謀;宋克蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W64/00
• 分類號(hào): H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

1.一種基于信息一致性的無線傳感網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：將無線傳感網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)i的先驗(yàn)信息矢量和先驗(yàn)信息矩陣分別初始化如式（1）和式（2）所示：

i‾(0)=P-1(0)x‾(0)---(1)]]>

I‾(0)=P-1(0)---(2)]]>

其中，k代表當(dāng)前采樣時(shí)刻；i是節(jié)點(diǎn)指標(biāo)，代表節(jié)點(diǎn)i；k和i是整數(shù)，k=0,1,2,...,且1≤i≤n，n是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)；是在0時(shí)刻的初始值，是在0時(shí)刻的初始值，表示目標(biāo)的初始狀態(tài)是均值為的高斯隨機(jī)變量，P(0)表示目標(biāo)的初始狀態(tài)是協(xié)方差為P(0)的高斯隨機(jī)變量；

步驟二：在當(dāng)前采樣時(shí)刻，由式（3）和式（4）計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)i的觀測向量z_i(k)；

x(k)=A(k)x(k-1)+B(k)w(k)????????????????????（3）

z_i(k)=H_i(k)x(k)+v_i(k)??????????????????????????（4）

其中，x(k)∈R^m是當(dāng)前采樣時(shí)刻跟蹤目標(biāo)的狀態(tài)向量，R^m代表m維向量，m是目標(biāo)的狀態(tài)向量所包含的狀態(tài)分量的個(gè)數(shù)，x(k-1)是跟蹤目標(biāo)在前一個(gè)采樣時(shí)刻的狀態(tài)向量，為當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i對跟蹤目標(biāo)的觀測向量，代表p_i維向量，p_i是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的觀測向量所包含的狀態(tài)分量的個(gè)數(shù)，A(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻目標(biāo)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，w(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻的過程噪聲代表零均值、協(xié)方差為Q(k)的高斯白噪聲，B(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻過程噪聲的輸入矩陣，是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的觀測轉(zhuǎn)移矩陣，代表p_i×m維矩陣，v_i(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的測量噪聲代表零均值、協(xié)方差為R_i(k)的高斯白噪聲；k=0時(shí)，x(0)的值等于

步驟三：分別由式（5）和式（6）計(jì)算各節(jié)點(diǎn)i的本地觀測矢量y_i(k)和本地觀測矩陣s_i(k)：

y_i(k)=H_i(k)^TR_i^-1(k)z_i(k)??????????????（5）

s_i(k)=H_i^T(k)R_i^-1(k)H_i(k)??????????????（6）

其中，y_i(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的本地觀測矢量，s_i(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的本地觀測矩陣；

步驟四：將各節(jié)點(diǎn)i的信息m_i廣播給其所有鄰居節(jié)點(diǎn)，所述信息m_i滿足如式（7）所示的關(guān)系式：

mi={yi(k),si(k),i‾i(k),I‾i(k)}---(7)]]>

其中，y_i(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的本地觀測矢量，s_i(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的本地觀測矩陣，是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的先驗(yàn)信息矢量，是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的先驗(yàn)信息矩陣；當(dāng)k=0時(shí)，的值等于的值等于

步驟五：分別由式（8）和式（9）計(jì)算各節(jié)點(diǎn)i的融合的本地觀測矢量Y_i(k)和融合的本地觀測矩陣S_i(k)：

Yi(k)=Σj∈Jiyj(k)---(8)]]>

Si(k)=Σj∈Jisj(k)---(9)]]>

其中，Y_i(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的融合的本地觀測矢量，S_i(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的融合的本地觀測矩陣，J_i表示節(jié)點(diǎn)i和它的所有鄰居節(jié)點(diǎn)的集合；j是節(jié)點(diǎn)指標(biāo)，代表節(jié)點(diǎn)j；

步驟六：根據(jù)式（10）和式（11）獲得各節(jié)點(diǎn)i的一致性融合的本地信息矢量和一致性融合的本地信息矩陣

i‾ic(k)=i‾i(k)-Σj=1nβijAij(i‾i(k)-i‾j(k))---(10)]]>

I‾ic(k)=I‾i-Σj=1nβijAij(I‾i(k)-I‾j(k))---(11)]]>

其中，是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的一致性融合的本地信息矢量，是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的一致性融合的本地信息矩陣，A是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣，A_ij是A的第i行第j列元素，β_ij是節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j相互間的一致性權(quán)值；

步驟七：根據(jù)步驟五得到的Y_i(k)和S_i(k)以及步驟六得到的和利用式（12）和式（13）獲得各節(jié)點(diǎn)i的信息矢量一致性估計(jì)和信息矩陣一致性估計(jì)

i^i(k)=i‾ic(k)+Yi(k)---(12)]]>

I^i(k)=I‾ic(k)+Si(k)---(13)]]>

其中，是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的信息矢量一致性估計(jì)，是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的信息矩陣一致性估計(jì)，是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的一致性融合的本地信息矢量，是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的一致性融合的本地信息矩陣，Y_i(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的融合的本地觀測矢量，S_i(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的融合的本地觀測矩陣；

步驟八：根據(jù)步驟七得到的和利用式（14）至式（17）獲得當(dāng)前采樣時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i對目標(biāo)狀態(tài)的預(yù)測值和估計(jì)值

Pi(k)=I‾i-1(k)---(14)]]>

Mi(k)=I^i-1(k)---(15)]]>

x‾i(k)=Pi(k)i‾i(k)---(16)]]>

x^i(k)=Mi(k)i^i(k)---(17)]]>

其中，P_i(k)和M_i(k)分別是節(jié)點(diǎn)i在當(dāng)前采樣時(shí)刻的目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的預(yù)測值和估計(jì)值；

步驟九：根據(jù)步驟七得到的和利用式（18）和式（19）對各節(jié)點(diǎn)i的先驗(yàn)信息矢量和先驗(yàn)信息矩陣進(jìn)行預(yù)測更新，得到下一采樣時(shí)刻的先驗(yàn)信息矢量和先驗(yàn)信息矩陣

i‾i(k+1)=I‾i(k)A(k)I^i-1(k)i^i(k)---(18)]]>

I‾i(k+1)=(A(k)I^i-1(k)AT(k)+B(k)Q(k)BT(k))-1---(19)]]>

其中，Q(k)是當(dāng)前采樣時(shí)刻的過程噪聲w(k)的協(xié)方差矩陣；k+1表示下一采樣時(shí)刻；

在下一采樣時(shí)刻到來時(shí)，將下一采樣時(shí)刻作為新的當(dāng)前采樣時(shí)刻并且將先驗(yàn)信息矢量和先驗(yàn)信息矩陣作為新的當(dāng)前時(shí)刻的先驗(yàn)信息矢量和先驗(yàn)信息矩陣而返回執(zhí)行步驟二。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信息一致性的無線傳感網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，所述步驟六中，節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j相互間的一致性權(quán)值β_ij通過式（26）或式（27）獲得：

其中，(i,j)∈E表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j互為鄰居節(jié)點(diǎn)，d_i表示節(jié)點(diǎn)i的度，d_j表示節(jié)點(diǎn)j的度。