無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于量化信息的目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)與融合.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了微機(jī)電技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù),已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。目標(biāo)定位跟蹤作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用之一,可廣泛地應(yīng)用于國(guó)防建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能交通、醫(yī)療衛(wèi)生和工業(yè)自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域,特別是在生化危險(xiǎn)環(huán)境的探測(cè)、特殊地域或特殊工作環(huán)境的監(jiān)測(cè)以及軍事偵察與跟蹤等方面。
　　 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)具有穩(wěn)健性強(qiáng)和跟蹤精度高等優(yōu)勢(shì),但同時(shí)也受到嚴(yán)格的能量與帶寬約束。因此,在保證跟蹤精

2、度條件下如何減少對(duì)通信能量和通信帶寬的需求,或者在滿足能量和帶寬約束的條件下如何有效提高跟蹤精度是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤的關(guān)鍵問題。本文分別針對(duì)信息融合的不同結(jié)構(gòu)形式,深入研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于量化信息的目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)與融合問題。具體來說,主要包括如下創(chuàng)新性成果:
　　 1.微分代數(shù)系統(tǒng)的降階魯棒濾波器的設(shè)計(jì)與分析。針對(duì)廣義系統(tǒng)進(jìn)行能量.峰值濾波器的設(shè)計(jì),考慮了全階和降階兩種情況?；诰€性矩陣不等式(LMI)技術(shù),給出了濾波器

3、存在的充分必要條件以及濾波器增益的解析表達(dá)式?？梢宰C明,給出的結(jié)果將常規(guī)狀態(tài)空間系統(tǒng)的相關(guān)結(jié)論推廣到了微分代數(shù)系統(tǒng)。然后,基于統(tǒng)一的信息融合模型及其最優(yōu)解,給出了系統(tǒng)含有不確定項(xiàng)時(shí)的魯棒融合估計(jì)算法,基此對(duì)魯棒濾波器的估計(jì)性能進(jìn)行對(duì)比分析。
　　 2.分布式量化航跡融合?？紤]到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的通信帶寬和系統(tǒng)能量約束,先對(duì)局部狀態(tài)估計(jì)的方差陣進(jìn)行壓縮處理,再對(duì)壓縮后的方差陣和狀態(tài)估計(jì)向量進(jìn)行矢量量化、傳輸。在融合中心層,針對(duì)局部

4、估計(jì)的未知或者不完整相關(guān)性,提出了不依賴于局部相關(guān)性的穩(wěn)健航跡融合方法一內(nèi)橢球逼近法。
　　 3.目標(biāo)導(dǎo)向的節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)分簇策略?？紤]到基于樹和基于靜態(tài)分簇的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)存在路由代價(jià)高、冗余信息多等缺陷,提出了目標(biāo)導(dǎo)向的動(dòng)態(tài)傳感器分簇策略。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到目標(biāo)時(shí),它們交換監(jiān)測(cè)報(bào)告,具有更高殘余能量和更小平均通信距離的節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)成為簇首節(jié)點(diǎn)；其它節(jié)點(diǎn)加入簇首成為成員節(jié)點(diǎn)并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量/狀態(tài)估計(jì)。仿真結(jié)果證明相比于隨機(jī)選取激活節(jié)點(diǎn)策略

5、,目標(biāo)導(dǎo)向的動(dòng)態(tài)分簇策略節(jié)省可達(dá)42％的能量。
　　 4.基于自適應(yīng)量化測(cè)量的目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)與融合。將原始測(cè)量信息通過自適應(yīng)量化處理后傳輸給融合中心。融合中心根據(jù)量化的測(cè)量信息,融合各激活子傳感器信息進(jìn)行目標(biāo)狀態(tài)融合估計(jì)。重點(diǎn)考慮了自適應(yīng)帶寬分配和自適應(yīng)量化閾值調(diào)整兩種策略,并對(duì)基于自適應(yīng)量化測(cè)量的目標(biāo)狀態(tài)融合估計(jì)的性能進(jìn)行分析,給出了其后驗(yàn)克拉美.羅下界(CRLB)。
　　 5.信道感知目標(biāo)跟蹤及跨層優(yōu)化。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

6、目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中考慮無線通信信道不確定性的信息融合結(jié)果目前還很少。針對(duì)數(shù)字通信的常用不確定信道模型一二元對(duì)稱信道一進(jìn)行信道感知的目標(biāo)跟蹤策略研究；并對(duì)其性能進(jìn)行分析,給出了信道感知目標(biāo)跟蹤的后驗(yàn)CRLB?；?對(duì)傳感器調(diào)度問題進(jìn)行跨層設(shè)計(jì)與優(yōu)化,并給出了節(jié)點(diǎn)調(diào)度的一種啟發(fā)式方法。
　　 6.對(duì)等傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布式協(xié)同目標(biāo)跟蹤。首先,針對(duì)對(duì)等自組織傳感器網(wǎng)絡(luò),提出兩種基于動(dòng)態(tài)協(xié)同策略的完全分布式濾波算法:分布式魯棒濾波器與分布式Si