多對象系統的傳感器調度算法及應用.pdf

1、傳感器調度算法是目前的科研熱點之一。在傳感器網絡的構建當中，我們無可避免的會遇到由于通訊或者干擾引起的傳感器使用限制問題。在這種情況下，在同一時刻，整個網絡中只有一個或者部分的傳感器能夠進行工作。傳感器的使用限制導致了整個網絡的工作性能降低。因此，如何合理地對網絡中的傳感器進行調度成為了一個提高系統性能的核心問題。使用合理的傳感器調度算法，不僅僅可以提高系統的整體性能，同時也可以減小系統的能耗，延長系統的使用時間。因此，傳感器調度算法的

2、研究不僅具有重要的理論意義，同時也有廣泛的應用價值。
　　 本文著重關注于多對象系統傳感器調度算法的研究和應用。所謂多對象系統，即在一個系統中，包含了多個相互獨立的子對象。系統對每個子對象都運行一個卡爾曼濾波器(擴展卡爾曼濾波器)。并且我們假設由于實際限制的存在，每個時刻只有一個子對象可以被進行觀測。對于這樣的系統，我們需要設計調度算法來優(yōu)化系統的觀測質量。
　　 本論文首先討論線性系統的情況。假設每個對象的運動模型都是

3、線性的，并且使用標準的卡爾曼濾波器對每個對象的狀態(tài)進行估計。我們的問題是當給定每個對象一個期望估計質量之后，如何找到合適的觀測序列(調度算法)使得所有子對象的給定期望估計質量都能夠滿足。為了解決這個問題，我們引入了兩個新的概念，稱之為允許連續(xù)觀測丟失和最小連續(xù)觀測。對于一個對象來說，當給定一個期望估計質量之后，我們給出了兩種算法來計算他的允許連續(xù)觀測丟失和最小連續(xù)觀測。這兩種方法分別稱為周期法和閾值法。在文中，我們對這兩種方法進行了比較

4、和分析。當獲得所有子對象的連續(xù)觀測丟失和最小連續(xù)觀測之后，本論文將原本的調度問題轉化為一個組合數學問題，并給出了兩種算法，Sxy算法和樹尋找算法，用于尋找滿足條件的觀測序列。其中Sxy算法是來自pinwheel問題的一種經典算法，相對具有較小的計算復雜度，但是適用范圍有限。而樹尋找算法則有相對來說具有更加普遍的適用性，但是計算復雜度高。為了減少樹尋找算法的計算復雜度，我們引入了一些樹枝切割的方法。
　　 在分析完線性系統之后，我

5、們繼續(xù)討論非線性多對象系統中的傳感器調度算法。為了更好地結合實際應用，我們的討論基于非線性多對象系統的一種具體實現：主動模式下的超聲波多目標室內定位系統。我們假設每個目標都在二維平面進行運動，并且由于不同定位傳感器所發(fā)射的超聲波信號和無線信號會相互干擾，在同一時刻，會產生相互干擾的定位傳感器不能同時進行定位。為了提高系統的工作效率和整體跟蹤性能，本論文首先提出了一種基于估計誤差協方差的分組算法。分組算法最大可能地增加了能夠同時工作的定位