[发明专利]一种基于水下无线传感器网络的弱目标跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于水下无线传感器网络的弱目标跟踪方法。 

背景技术

水下无线传感器网络是指在一定的水域中部署大量的传感器节点和自主车协作监测和采集周围环境感兴趣数据的网络，传感器节点能够自组织地建立起网络并进行声通信，经过数据融合技术，指定节点将获取的数据传送到水面或者岸基的控制中心，这样就实现了水下传感器网络与陆地通信网络的融合。水下传感器通常具有低功耗、传输距离短的特点。 

水下目标跟踪是水下传感器网络的一个重要应用。水下传感器网络具有节点分布广、数量多，节点间可以相互协作、交换数据，可扩展性强等特点，这有利于扩大目标的跟踪范围、加强目标跟踪的可靠性和实时性。 

水下目标跟踪多为非线性问题，粒子滤波方法在非线性非高斯问题中已经得到了广泛应用，在陆地无线传感器网络中已有粒子滤波用于目标跟踪问题，因此水下目标跟踪问题多采用粒子滤波方法。 

在声纳传感器检测水中目标的过程中，总是希望能够在较远的距离较早发现目标，而水中目标增加的隐蔽性或者检测目标本身尺寸较小、背景噪声和杂波过强等都有可能造成声纳回波微弱，目标检测的信噪比过低，这就是弱小目标的监测与跟踪问题。人们提出了弱小目标的检测前跟踪算法（track before detect）。检测前跟踪算法利用原始的观测数据作为观测输入，采用跟踪算法估计目标状态，然后利用目标状态进行检测判决，这有利于低信噪比条件下的弱小目标信号能量积累，提高弱小目标的检测性能。 

在过去的几十年中，各种传感器技术飞速发展，声纳、雷达、红外等探测手段性能不断提高，但是随着科技的发展，隐身技术、电子干扰技术等严重影响了传感器对目标的检测性能，加上现代战争环境复杂，强海杂波对水面舰艇、强地杂波对导弹武器和低空飞行器等有着严重的干扰，因此必须研究相应的技术来应对挑战，检测前跟踪技术利用原始数据不设门限和信号能量累积的特性都使其相对其他检测与跟踪技术更有优势。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于水下无线传感器网络的弱目标跟踪方法。 

基于水下无线传感器网络的弱目标跟踪方法的步骤如下： 

1）初始化水下无线传感器网络，使所有传感器节点都具有同一规格，并且都处于工作状态； 

2）选择水下接收信号强度最大的传感器节点作为簇头节点，与簇头节点在单跳通信范围内的传感器节点和簇头节点组簇，其余传感器节点保持在休眠状态； 

3）簇内传感器节点对目标进行观测，将观测的数据直接发送给簇头节点。 

4）设定初始状态估计值和初始方差估计值，设定粒子存在性变量马尔科夫转移矩阵和粒子出现概率分布p_B(x)； 

5）在k时刻根据步骤2）组簇，并将上一时刻检测前跟踪粒子滤波估计的状态估计值和方差估计值打包传送给此k时刻的簇头节点； 

6）进行k时刻的检测前跟踪粒子滤波，输出目标的位置估计值和方差估计值； 

7）k时刻自加1，根据目标的运动不断地更新簇头节点，在簇头节点更换时将上一簇头节点的信息传送给当前簇头节点； 

8）重复步骤5）-步骤7），直至目标脱离水下无线传感器网络的覆盖区域为止。 

步骤6）为：粒子状态向量除了目标位置外还包括了粒子存在性变量λ，存在性变量根据马尔科夫矩阵转移， 

似然函数：