[发明专利]一种基于水下移动无线传感网的目标跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于水下移动无线传感网的目标跟踪方法，属于无线传感网目标跟踪技术领域。本发明为：基于传感器的当前位置信息计算对应度量值的正负取值，将传感器划分为两个集合，正度量值的传感器的高度调节量为预设值；基于确定的候选传感器，选择M个传感器作为参与跟踪的传感器；确定各参与跟踪的传感器的当前高度并发送给对应的传感器；传感器移动到指定高度后，发送声波测量其与跟踪目标之间的距离，得到对跟踪目标的量测值并发送给计算处理中心；计算处理中心对接收的M个传感器的量测值进行融合估计处理，得到跟踪目标的当前状态。本发明利用传感器在高度方向上的可调性，动态调整网络的拓扑结构，从而有效提升目标跟踪准确性。

技术领域

本发明涉及无线传感网目标跟踪技术领域，尤其是一种基于移动型传感网络传感器调度的目标跟踪技术。

背景技术

无线传感网络(wireless sensor network,WSN)由许多随机或者有策略地部署在监测领域的传感器节点组成，这些节点具有探测﹑通信和计算能力。鉴于其良好的自主性﹑容错性以及成本的低廉性，在众多领域得到了广泛应用。目标跟踪是一个复杂的估计过程，需要通过一个或多个传感器返回的关于目标的信息尽可能准确快速地估计出目标的状态，包括目标的位置﹑速度以及加速度等。而水下环境的特殊性，给水下目标带来了额外的挑战。水下无线传感网络能量有限，使得在每一个采样时刻不可能让所有传感器都参与跟踪，否则传感器的能量将会迅速耗尽，而水下传感器节点能量一旦耗尽将难以对其充电或者更换电池。当大量传感器能量耗尽后，将会出现网络空洞，从而对目标的监测和跟踪产生重大影响。为了避免出现网络空洞，需要对传感器进行选择和调度，在每一采样时刻，只能允许部分传感器参与跟踪。部分传感器参与跟踪意味着要损失一部分目标信息，这会影响目标的跟踪效果。在水下三维空间中，四个传感器就可以定位一个目标，参与跟踪的传感器越多，得到的信息会越多带所消耗的能量也会增多，因此目前很多技术就是致力于在跟踪精度和能量消耗之间取得平衡。从候选传感器中筛选出具有最大信息量的方法就是传感器选择技术，大多数研究都利用传感器的信息量筛选出部分传感器参与跟踪，以达到节省能量的目的。研究表明其实对于跟踪准确性，起决定作用的是传感器相对于目标的拓扑结构。而传感器选择技术只能从固定的拓扑结构中筛选出比较好的一种，无法调整传感器相对于目标的拓扑结构。

目前现有的水下无线传感网目标跟踪存在以下缺点：(1)局限于跟踪精度的提升，没有考虑到现实应用场景对于目标跟踪带来的影响与困难(2)局限于静态网络，没有利用水下传感器在高度方向上的可移动性进行网络的动态拓扑结构调节(3)少数应用移动型传感网络的研究，没有考虑到对传感器性能的苛刻性会造成网络成本的大幅上升，同时没有考虑到在现实应用场景中的可操作性。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于水下移动无线传感网的目标跟踪方法，提高目标跟踪准确性。

本发明的基于水下移动无线传感网的目标跟踪方法，包括下列步骤：

步骤1：基于传感器的当前位置信息，将传感器划分为两个集合：

根据公式q_j,k＝b_ksin²α_j,k+c_kcos²α_j,k-2d_ksinα_j,k cosα_j,k计算k时刻第j个传感器的度量值q_j,k，其中b_k、c_k和d_k为预设的常数项，α_j,k表示k时刻第j个传感器的水平偏移角；