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无线传感器网络网络信息融合与目标跟踪的研究
作 者: 胡玲
导 师: 侍洪波
学 校: 华东理工大学
专 业: 控制科学与工程
关键词: 无线传感器网络 分布式卡尔曼滤波 信息融合 分簇机制 无迹卡尔曼
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
随着无线通信,集成电路,传感器技术和微机电系统等技术的逐渐成熟和迅速发展,同时传感器信息技术也加快发展,无线传感器的网络技术随之产生。它是由部署在监测控制范围内大量的小型,微型传感器节点构成,通过无线通信方式构成一个多跳的自组织的网络系统,其目的是能做到协作感应,收集,辨识和运作网络覆盖区域中的被监测的对象,并将最终处理结果传送给观测者。由于无线传感器网络具有价格优势,成本不高,体积相对较小,组网灵活便捷等诸多优点,所以在国防安全,环境勘测,交通监控,紧急救护,反恐抗灾等诸多领域,无线传感器网络有着极为重要的科研价值和可观的发展潜力,得到全世界广泛研究学者的密切关注,被公认为是21世纪对人类生活产生巨大影响的新兴IT技术之一。本文针对无线传感器网络的特点,分析了信息融合的基本概念和特点,结合了无线传感器网络和信息融合算法,从而达到提高所收集信息的准确性以及收集信息的效率的目的。同时,由于传感器节点的监测半径范围有限,为了降低无线传感器网络中的能量开销,减少存储和网络资源,本文采用了一种新的信息融合机制。根据目标的当前所处的位置,将传感器网络中的节点进行动态分簇,建立出一个分布式跟踪的机制。针对线性系统,本文将三种算法应用于分层分簇的机制下,与不采用分簇机制的算法进行了仿真对比。结果表明,基于分簇机制下的信息融合算法能够将精度条件保持在一定范围内,并且有效地减少网络能耗,降低了传输时间,延长了网络的生存周期。此外,针对实际应用中存在的网络丢包问题,采用Grubbs准则剔除了异常数据,能有效地保证精度。针对非线性系统以及网络能耗问题,本文提出了一种基于分簇机制下的无迹卡尔曼滤波算法,仿真结果表明与传统扩展卡尔曼和无迹卡尔曼滤波算法相比,基于分簇机制下的无迹卡尔曼具有良好的跟踪效果,减少了数据传输量,减轻网络冲突和拥塞,降低了网络能耗,延长了网络生存周期。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-9 第1章 绪论 9-20 1.1 前言 9-10 1.2 无线传感器网络综述 10-14 1.2.1 无线传感器网络结构 10 1.2.2 无线传感器网络特征 10-11 1.2.3 无线传感器网络的应用 11-13 1.2.4 无线传感器网络的性能评价 13-14 1.3 无线传感器网络的信息融合 14-16 1.3.1 信息融合的概念 14-15 1.3.2 信息融合的特点 15-16 1.4 无线传感器网络的信息融合及其算法 16-18 1.5 本文的主要工作 18-20 第2章 无线传感器网络的信息融合结构模型以及路由技术 20-29 2.1 引言 20 2.2 无线传感器网络信息融合的层次 20-23 2.3 信息融合机制 23-24 2.4 路由技术 24-27 2.4.1 AC路由 24 2.4.2 DC路由 24-27 2.5 无线传感器网络分簇机制的优点 27-28 2.6 本章小结 28-29 第3章 基于卡尔曼滤波的簇内信息融合算法 29-51 3.1 引言 29 3.2 基于卡尔曼滤波算法信息融合方法 29-36 3.2.1 卡尔曼滤波理论 29-33 3.2.2 Olfati-Saber算法 33-34 3.2.3 基于信息矩阵加权一致策略的分布式卡尔曼滤波信息融合算法 34-35 3.2.4 加权融合算法 35-36 3.3 基于分簇机制的信息融合改进算法 36-41 3.3.1 基于簇的路由协议 37-40 3.3.2 传感器节点动态分簇 40-41 3.4 算法仿真实验与分析 41-45 3.4.1 算法仿真 41-45 3.4.2 仿真分析 45 3.5 丢包情况下算法改进 45-50 3.5.1 基于Grubbs准则下的剔除异常数据 46-47 3.5.2 仿真实验 47-50 3.6 本章小结 50-51 第4章 基于分簇机制下的无迹卡尔曼滤波信息融合算法 51-62 4.1 引言 51-52 4.2 非线性滤波算法 52-56 4.2.1 扩展卡尔曼滤波算法(Extended Kalman Filter) 52-53 4.2.2 无迹变换 53-55 4.2.3 无迹卡尔曼滤波算法(Unscented Kalman Filter,UKF) 55-56 4.3 传感器节点动态分簇 56-57 4.3.1 跟踪精度和能量约束下的分簇机制 56 4.3.2 动态分簇结构 56-57 4.4 仿真结果与分析 57-61 4.4.1 UKF与EKF算法仿真比较 57-59 4.4.2 丢包问题仿真 59-61 4.5 本章小结 61-62 第5章 总结与展望 62-65 5.1 研究工作总结 62-63 5.2 工作发展方向与展望 63-65 参考文献 65-70 致谢 70
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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