[发明专利]一种基于二值传感器自组网的目标跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器网络目标跟踪领域，涉及一种在自组织的无线传感器网络系统中实现运动目标跟踪的方法，尤其涉及在布置的传感器网络具有二值探测特性的条件下，譬如采用地震动微型加速度传感器，来计算求解运动目标位置坐标的方法。

背景技术

现代信息技术的三大基础是传感器技术、通信技术和计算机技术，它们分别完成信息的采集、传输和处理，构成信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”，这三种技术的结合促进了信息化的进程。无线传感器网络技术正是这种结合的典型体现，属于多学科交叉的军民两用战略高技术。

自组织无线传感器网络是近年来国内外研究和发展非常热门的领域，目前在多个行业和领域得到高度的重视和应用。目标跟踪是传感器网络具有吸引力和代表性的应用之一，在军事和民用领域有着广阔的应用前景。跟踪系统的优化设计旨在充分利用传感器网络有限的资源，优化系统的实用性能。

传感器网络具有微型化终端探测的功能以及自组网的特点，因而在目标跟踪应用中的优势越来越明显，主要包括以下几点：

(1)跟踪精细：密集部署的微型化传感器节点可以对移动目标进行精确的探测、位置跟踪和控制，可以详细显示出移动目标的运动情况。

(2)跟踪可靠：由于无线传感器网络的自组织性，当节点失效或新的节点加入时，能在恶劣的环境中自动配置，使得传感器网络在跟踪目标时具有较高的可靠性、容错性和鲁棒性。

(3)跟踪及时：多种传感器的协作式监控使得移动目标的发现更及时，容易实现分布式的数据处理和多种异构传感器节点之间协同工作，使得目标跟踪的过程更加全面。

(4)跟踪隐蔽：由于传感器节点体积小，无线传输功率低，不易被敌对方发现，因而可以对目标实现更隐蔽的跟踪，同时也方便部署使用，适用于战场环境和军事作战的目的。

(5)低成本：微型传感器成本低，可以降低整个跟踪过程的成本和代价。

(6)低功耗：无线传感器网络的设计以低功耗为主要目标，在野外工作等没有固定电源或更换电池不便的情况下，使得跟踪应用更加便捷。

基于传感器网络的机动目标跟踪定位过程，实质上是一种受目标移动轨迹约束的优化计算过程，无论是在军事领域还是民用领域，都具有广泛的应用范围。

自组织传感器网络在应用于目标跟踪系统时，一方面具有许多优势，另一方面也带来了一些挑战性的技术问题。例如，无线传感器网络通常没有中心控制机制，没有中枢网络可供调度和指挥，也就是说适宜采用分布式的跟踪算法。另外，传感器网络节点的功耗要求低，不适宜采用高复杂度的计算方法。

在当前的传感器网络中，一种令人感兴趣的类型就是具有二值探测特性的传感器网络。这种传感器网络在目标跟踪方面具有较好的应用优势，受到了学术界和工程部门的青睐。

二值(Binary)传感器网络是指传感器网络终端节点能将目标探测信息的读数，转化为发现目标与否的离散值(0或1)。例如，微震动加速度传感器、声响传感器、磁性传感器等都具有这种二值探测特性。具有二值探测特性的单个传感器对于目标状态拥有有限的信息，需要借助网络化技术实现协作式的目标跟踪。

在现有技术中，主要有如下几种基于二值传感器自组网的目标跟踪方法：