[發明專利]一種基于TOA與RSS融合的無線傳感器網絡協作跟蹤方法

有效

• 申請號: 201510362638.4
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104994470B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 李文玲;賈英民;張斌
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種基于TOA與RSS融合的無線傳感器網絡協作跟蹤方法。該方法首先利用傳感器測量的TOA與RSS信息估計傳感器與目標之間的相對距離，然后基于估計的相對距離修正傳感器測量的TOA與RSS信息，最后利用修正的TOA與RSS信息估計目標的位置。該方法通過增加對傳感器測量信息的修正技術，提高了對目標位置的跟蹤精度。

技術領域

本發明涉及一種無線傳感器網絡協作跟蹤方法，用于集成基于TOA(信號到達時間)與RSS(接收信號強度)測量信息的跟蹤優勢，屬于智能信息處理技術領域。

背景技術

對目標位置的跟蹤與定位是無線傳感器網絡技術的一項重要應用。位置信息在軍事和民用領域都是非常重要的，基于位置的服務致力于能夠精確確定目標的位置信息，并通過將位置信息應用到各類設備為用戶提供個性化的移動服務。通過借助于無線傳感器網絡所使用的射頻信號進行目標位置的跟蹤與定位能夠很好地克服傳統的基于視頻、紅外等跟蹤與定位方法的缺陷，并且通過與傳統方法進行異類信息的組合，可以進一步提高對目標位置的跟蹤與定位精度。這也使得基于無線傳感器網絡技術的跟蹤與定位擁有巨大的應用前景和發展潛力。

在現有的技術中，根據使用射頻信號類型的不同存在多種目標跟蹤方法。例如測距方法、測距差方法、測角方法以及聯合測距測角方法等。由于跟蹤環境的復雜性，沒有一種方法能夠以足夠的跟蹤精度服務于所有的場景。實際上，它們中的每一種策略都有自己的優勢，也有自己的缺點。在眾多跟蹤方法中，基于TOA與RSS的跟蹤是測距方法中的最常用的策略。基于TOA的方法雖然可以提供高精度的解決方案，但是覆蓋范圍小；而基于RSS的方法雖然可以提供較大范圍的覆蓋，但是容易受到環境變化的影響，跟蹤精度低。在實際的無線傳感器網絡中，射頻信號往往受到非視距傳輸效應、多徑傳播效應、信號衰減規律復雜等因素影響，使得使用單一模式的跟蹤方法不能滿足實際需求。因此，一種基于TOA與RSS融合的策略應運而生。

在使用TOA與RSS融合的方法中，主要有兩種策略實現對目標位置的跟蹤。一種是三角質心方法；另一種是非線性濾波器方法。對于三角質心方法，需要至少同時測量三個TOA結果，才能確定一個目標位置，因此當跟蹤環境動態變化劇烈或者目標出現較大機動時，可能導致較差的位置跟蹤結果，導致對目標位置的失跟；而且當使用傳感器的數目較多時，并非所有的觀察圓都能夠相交在同一點，這也可能導致估計的目標位置有較大誤差。同樣，非線性濾波器需要假設已知目標的運動方程以及已知測量噪聲的統計特性，當假設條件與實際不符時也可能導致較差的目標位置估計結果，而這些假設條件對跟蹤者來說往往也是未知的。

對于非線性濾波器方法，目前仍然采用直接將測量信息應用到非線性濾波器來估計目標的位置，因而對于可能出現的非視距傳輸效應、多徑傳播效應、信號衰減規律復雜等因素影響，測量噪聲與假設條件不符，導致較大的跟蹤誤差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種新的基于TOA與RSS融合的無線傳感器網絡協作跟蹤方法。該方法通過增加對TOA與RSS信息的修正技術，提高了對目標位置的跟蹤精度，滿足了實際工程系統的設計需求。

本發明的技術解決方案為：首先設計傳感器與目標相對距離變化的模型，其次利用傳感器測量的TOA與RSS信息估計傳感器與目標之間的相對距離，然后利用估計的相對距離修正傳感器測量的TOA與RSS信息，最后基于修正的TOA與RSS信息估計目標的位置。

為達到上述目的，如圖1所示，本發明的具體實現步驟如下：

1.設計傳感器與目標的相對距離模型；

2.利用傳感器測量的TOA與RSS信息估計傳感器與目標之間的相對距離；

3.基于估計的相對距離修正TOA與RSS信息；

4.利用修正的TOA與RSS信息估計目標的位置。

本發明有以下一些技術特征：