[发明专利]一种基于无线传感器网络的穿墙跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络的无源跟踪技术，尤其是一种基于无线传感器网络的穿墙跟踪方法。

背景技术

近年来，随着对定位与跟踪技术需求的日益增长，穿墙跟踪成为了一个极具吸引力的研究方向。穿墙跟踪技术在安全、监视、搜救以及军事反恐方面都拥有很广泛的应用前景，例如，在火灾或地震等灾难现场，穿墙跟踪系统可以帮助搜救人员准确定位生还者的位置。类似的情况还有，实时跟踪隐藏在墙背后的敌人可以大大增加军事行动的成功几率，同时减少人员伤亡。为了满足上述需求，一方面，所采用的跟踪系统必须要在目标未携带任何设备的前提下，准确估计目标的位置，另一方面，设备的快速布置对于系统来说，也是十分必要的，这是因为在紧急的情况下，不可能有充足的时间进行系统配置。

基于无线传感器网络的无源跟踪是一项十分有效的穿墙跟踪技术。其基本原理是将传感器节点布置在待监控区域的四周，当目标物体进入区域中时，物体将遮挡、反射或是散射附近链路上的无线电波，造成链路上接收信号强度(Received Signal Strength，RSS)值的波动，这种波动隐含了目标的位置信息，从而使得无源跟踪系统能够通过已知的节点位置和实时采集的RSS数据，估计出目标物体的运动速度与坐标。与基于雷达的穿墙成像系统相比，基于无线传感器网络的无源跟踪系统运用了低功耗、低成本的射频传感器节点并可以快速地布置在指定区域周围。

目前，虽然已经有若干无线传感器网络穿墙跟踪方法，但是，这些方法在应用到紧急情况的时候都会受到实际的限制。例如：基于指纹的算法需要人工训练的过程，这将造成在系统部署时花费大量的时间；基于方差的无线成像系统只能工作于有大量障碍物遮挡的区域，在障碍物较少的环境下无法适用；基于衰落级别的算法需要采集网络中没有人存在时的RSS值。总而言之，这些方法对目标区域内的多径环境存在着依赖性：当环境发生变化的时候，系统必须用环境中的相关数据进行训练，或者甚至是无法进行跟踪。因此，这些方法都无法应用于紧急情况中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够在环境发生变化时进行有效跟踪的基于无线传感器网络的穿墙跟踪方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于无线传感器网络的穿墙跟踪方法，包括以下步骤：

(1)根据每条链路上实时采集到的RSS值，使用背景学习方法更新每条链路上的RSS分布参数；

(2)根据每条链路的RSS分布参数，利用前景检测方法检测当前收到的RSS值是否受到了运动物体的影响；

(3)根据每条链路受影响的概率，使用基于粒子滤波的目标跟踪方法估计当前时刻目标的坐标位置。

而且，所述的背景学习方法包括以下步骤：

(1)根据链路上实时采集到的RSS值，将RSS分布建模为混合高斯分布：

P(s)=Σi=1Kwi·g(s;μi,σi)]]>

其中，s表示当前的RSS值，w_i，μ_i，σ_i，i＝1...K分别是每个高斯的权重、均值与方差，g(s；μ_i，σ_i)是高斯概率密度函数，其表达式为：