[發(fā)明專利]一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中僅有距離量測(cè)信息下的目標(biāo)定位與跟蹤方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211008876.1
• 申請(qǐng)日: 2022-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN115379560A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙宣植;陳博;劉增力;張文;劉康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W64/00
• 分類號(hào): H04W64/00;H04W84/18;G01S5/00;G06K9/00
• 代理公司: 云南律翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 53219
• 代理人: 方藏輝

本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中僅有距離量測(cè)信息下的目標(biāo)定位與跟蹤方法，屬于信息融合技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明對(duì)于僅有距離量測(cè)信息下的目標(biāo)定位，推導(dǎo)出誤差項(xiàng)的協(xié)方差信息，重建0均值誤差項(xiàng)，使用廣義最小二乘法獲得最優(yōu)的多邊定位，之后集成最優(yōu)多邊定位和卡爾曼濾波來實(shí)現(xiàn)僅有距離量測(cè)信息下的目標(biāo)跟蹤。最優(yōu)多邊定位精度優(yōu)于原型多邊定位；且最優(yōu)多邊卡爾曼濾波方法也優(yōu)于其他方法，在不同噪聲和運(yùn)動(dòng)模型下具有出色的跟蹤一致性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中僅有距離量測(cè)信息下的目標(biāo)定位與跟蹤方法，屬于信息融合技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)一直是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。各種傳感器、雷達(dá)、聲納等都部署成為無線傳感網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。如搭載亳米波雷達(dá)的傳感器和其他類型的傳感器的車輛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、自主式水下航行器搭載傳感器形成無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤、無人機(jī)路徑規(guī)劃等。在無線傳感網(wǎng)中的一個(gè)重要應(yīng)用就是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的定位與跟蹤。對(duì)于定位與目標(biāo)跟蹤而言，由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的易分布性，傳感器安置到?jīng)]有先期基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備的地區(qū)，注入環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)控和戰(zhàn)場(chǎng)信息獲取等任務(wù)。此外，傳感器具有體積小、重量輕、可移動(dòng)、便于部署、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合應(yīng)用到軍事、環(huán)境監(jiān)視、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用前景。

在無線傳感網(wǎng)中，各傳感器通過獲取距離量測(cè)信息、方位量測(cè)信息等等信息來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的定位與跟蹤，然而對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，只能獲取距離量瀏信息，因此僅有距離量測(cè)信息下無線傳感器網(wǎng)的目標(biāo)定位與跟蹤問題是一個(gè)研究重點(diǎn)。在雷達(dá)無線傳感網(wǎng)中，逆合成孔徑雷達(dá)使用僅有距離量測(cè)跟蹤器的輸出來控制距離門和天線指向；高頻地波雷達(dá)(HFGWR)由于天線孔徑的限制，不能提供數(shù)百米甚至數(shù)千米的天線陣列來形成窄波束，因此其方位分辨率較差，無法提供精準(zhǔn)的方位量猶信息；在一些被動(dòng)雷達(dá)中使用的低頻干擾，如洛克希德·馬丁公司的“沉默哨兵”系統(tǒng)，阻礙它們提供精確的方位測(cè)暈。此外，多靜態(tài)或多單靜態(tài)傳感器的僅距離量視的目標(biāo)定位與跟蹤，這被認(rèn)為是未來使用低成本傳感器網(wǎng)絡(luò)取代大孔徑天線的關(guān)鍵技術(shù)。在無線傳感網(wǎng)中，到達(dá)時(shí)間(DOA)、到達(dá)時(shí)差(TDOA)、到達(dá)角(AOA)和接收信號(hào)強(qiáng)度(RSS)等測(cè)距技術(shù)被用來獲取距離墾割信息去實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位。之外，距離量測(cè)信息與目標(biāo)狀態(tài)構(gòu)成非線性映射——?dú)W式距離，因此，僅有距離量測(cè)信息下的目標(biāo)跟蹤也可被看作一個(gè)非線性濾波問題。而非線性濾波存在著不穩(wěn)定、線性化復(fù)雜等問題，這些會(huì)影響目標(biāo)跟蹤的精度。所以研究?jī)H有距離墾機(jī)信息下的目標(biāo)定位與跟蹤，提高目標(biāo)跟蹤精度，是十分有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中僅有距離量測(cè)信息下的目標(biāo)定位與跟蹤方法。本發(fā)明對(duì)于僅有距離量剌信息下的目標(biāo)定位，推導(dǎo)出誤差項(xiàng)的協(xié)方差信息，重建0均值誤差項(xiàng)，然后使用廣義最小二乘法獲得最優(yōu)的多邊定位。通過構(gòu)建偽視量，集成最優(yōu)多邊定位與卡爾曼濾波，使用標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼濾波來實(shí)現(xiàn)僅有距離量剌信息下的目標(biāo)跟蹤，避免了非線性濾波的不穩(wěn)定。本方法能夠提高僅有距離量測(cè)信息下的目標(biāo)定位精度以及僅有距離量剩下目標(biāo)跟蹤精度，解決非線性濾波帶來的不穩(wěn)定等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括如下具體步驟：

步驟1:利用空間部署的m個(gè)僅獲取距離信息的傳感器獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與各個(gè)傳感器間的距離量測(cè)信息它們的部署不在一條線上。由部署的僅距離呈視傳感器取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離觀測(cè)信息有如下觀測(cè)模型：

這里i＝1,2,3,....m,表示的是第i個(gè)傳感器，m表示的是在無線傳感網(wǎng)中傳感器的數(shù)量；表示在k時(shí)刻，第i個(gè)傳感器觀測(cè)站視量得到的距離量剽；是相應(yīng)的測(cè)量噪聲，它是服從零均值，方差為的高斯分布；P_x,k和P_y,k分別表示目標(biāo)在k時(shí)刻x方向和y方向的位置；S_x，i和S_y，i分別表示第i個(gè)傳感器觀測(cè)站在x方向和y方向的位置。