一种移动无线传感器网络分布式目标跟踪方法

摘要

本发明给出一种移动无线传感器网络分布式目标跟踪方法，该方法解决传统无线传感器网络目标跟踪中的跟踪精确度低的问题，使用分布式算法预测目标在下一个跟踪周期中的位置，考虑移动无线传感器网络中静态节点与动态节点的协作配合，各个移动节点根据此信息向目标位置移动并获取更精确的目标信息。本发明能够有效提高移动传感器网络目标跟踪精确度，保障网络的动态连通性，提高目标跟踪效率，缩短目标跟踪周期，加快目标跟踪执行过程。

主权项

一种移动无线传感器网络分布式目标跟踪方法，其特征在于该方法所包含的步骤为：1)汇聚节点广播节点位置采集消息，网络中的静态节点向邻近的其他静态节点发送自身的固定位置坐标，当静态节点接收到相邻节点发来的位置信息时就将它记录到自己的邻接节点列表中；2)静态节点构建移动节点列表并估测目标位置21)汇聚节点向网络中所有节点广播本轮目标跟踪过程开始的消息，各个传感器节点收到此消息后立即开始执行下面的目标跟踪步骤；22)各个移动节点向邻近的静态节点广播自己的当前位置信息，接到此信息的静态节点构建一张邻域内移动节点列表，将所有邻近自己的移动节点记录在这张表中；23)静态节点在自身的探测范围内感知目标是否存在，如果目标在探测范围内，则静态节点进一步获取目标的具体位置，根据移动节点列表，静态节点将自己探测到的目标数据发送给表中的所有移动节点；3)移动节点对邻近的静态节点发来的目标估测位置取平均值，节点将计算结果作为自身对目标当前位置的估测值，在二维平面坐标系中，移动节点根据如下所述的公式计算目标的估测位置坐标：$\left\{\begin{array}{c}{X}_a=\frac{x_1+x_2+...+x_N}{N}\\ Y_a=\frac{y_1+y_2+...+y_N}{N}\end{array}\right.$其中，N为向本移动节点发送目标位置信息的静态节点数量；(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，……，(x_N,y_N)为这些静态节点估测到的目标位置的坐标；(X_a,Y_a)是移动节点根据所收到的信息计算出的目标预测位置；4)移动节点依据目标位置估测结果向目标当前所处的实际位置移动，各个移动节点按照以下公式来计算运动方向和速度：$d_i=\sqrt{{(X_a-x_i)}^2+{(Y_a-y_i)}^2}$$v_i=\left\{\begin{array}{cc}\frac{d_i}{T_m}& if(v_{max}\ge \frac{d_i}{T_m})\\ v_{max}& if(v_{max}<\frac{d_i}{T_m})\end{array}\right.$${\omega }_i=arctan\left(\frac{Y_a-y_i}{X_a-x_i}\right)$其中，(x_i,y_i)是移动节点i目前所在的位置坐标；(X_a,Y_a)是目标估测位置的坐标；T_m是移动节点的运动时间长度；d_i是移动节点i与目标估测位置的距离；v_i与ω_i是节点的速度与运动方向角度；v_max是移动节点所能达到的最大移动速度；5)移动节点精确定位目标位置51)移动节点感知目标所在的位置，对原来记录的估测坐标(X_a,Y_a)做出修正，移动节点通过以下位置坐标公式计算得出精确的目标位置坐标：$\left\{\begin{array}{c}{X}_t=\frac{X_a*N+x_{m1}+x_{m2}+...+x_{mM}}{N+M}\\ Y_t=\frac{Y_a*N+y_{m1}+y_{m2}+...+y_{mM}}{N+M}\end{array}\right.$其中，N为能够探测到目标的静态节点的总数量；M为移动节点的数量；(x_m1,y_m1)，(x_m2,y_m2)，……，(x_mM,y_mM)分别是各个移动节点感知到的目标位置坐标；52)移动节点向汇聚节点发回自己探测到的目标位置信息后，汇聚节点记录下目标的精确位置坐标(X_t,Y_t)，之后网络返回步骤2)继续进行下一轮的目标跟踪。