基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)與融合.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)和微處理器技術(shù)等方面的進(jìn)步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）及其應(yīng)用成為了研究焦點(diǎn)并取得長足發(fā)展。目標(biāo)定位與跟蹤作為WSNs的典型應(yīng)用，具有低成本、高可靠性以及自組織等特點(diǎn)。
　　本文從經(jīng)典的卡爾曼濾波器出發(fā)，研究了利用平滑技術(shù)改進(jìn)sigma點(diǎn)卡爾曼濾波器估計(jì)精度的方法以及利用信息卡爾曼濾波器在數(shù)據(jù)融合的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在保證跟蹤精度的條件下得到有效減少網(wǎng)絡(luò)整體能耗的分布式濾波方法。具體包括如下創(chuàng)新性成果

2、：
　?。?）平滑問題就是在已知前二階矩特性的情況下,對一個(gè)馬爾可夫或高斯-馬爾可夫序列進(jìn)行不斷修正以得到最優(yōu)平滑值的問題。考慮到傳統(tǒng)固定時(shí)隙平滑算法耗時(shí)長，無法滿足目標(biāo)跟蹤實(shí)時(shí)性要求，本文提出一種結(jié)合固定滯后平滑和sigma點(diǎn)轉(zhuǎn)換策略的FL_URTS平滑方法。該法通過將逆時(shí)方向計(jì)算的平滑器嵌入到順時(shí)方向計(jì)算的濾波器中，在獲得接近甚至優(yōu)于傳統(tǒng)平滑方法估計(jì)精度的同時(shí)能大幅減小延時(shí)。
　?。?）考慮到傳感器節(jié)點(diǎn)自身資源的限制，提

3、出了一種綜合考慮簇集整體能耗因素和節(jié)點(diǎn)剩余能量因素的動(dòng)態(tài)分簇策略。該方法首先根據(jù)預(yù)測結(jié)果估計(jì)目標(biāo)在下一時(shí)步可能的位置，然后通過最近鄰法得到能有效觀測到目標(biāo)的最小節(jié)點(diǎn)集，并采用能量均衡策略選出這個(gè)簇集中的簇首用來對下一時(shí)步內(nèi)所有的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。由于每一時(shí)步內(nèi)只有距離目標(biāo)最近的一簇節(jié)點(diǎn)參與目標(biāo)跟蹤，所以這種分簇策略在保證跟蹤精度的同時(shí)可以有效降低網(wǎng)絡(luò)整體能耗。
　　（3）信息結(jié)構(gòu)的sigma點(diǎn)濾波器因?yàn)椴捎昧四鎱f(xié)方差形式使其容易進(jìn)

4、行數(shù)據(jù)的融合。本文利用新提出的動(dòng)態(tài)分簇策略，結(jié)合分布式sigma點(diǎn)信息濾波器得到了基于動(dòng)態(tài)分簇的分布式sigma點(diǎn)信息濾波算法，該方法利用簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)得到的信息貢獻(xiàn)量在簇首處進(jìn)行統(tǒng)一的融合處理。由于各成員節(jié)點(diǎn)具備數(shù)據(jù)計(jì)算能力，簇首不必像集中式濾波算法一樣需要對每個(gè)傳感器送來的原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)維計(jì)算，使得融合算法的復(fù)雜度從集中式的隨傳感器個(gè)數(shù)平方增加變?yōu)殡S傳感器個(gè)數(shù)線性增加。
　?。?）為了進(jìn)一步提高跟蹤精度，本文還利用固定滯后平滑可