一种基于分布式处理的无线传感器网络目标跟踪方法

摘要

本发明公开了一种基于分布式处理的无线传感器网络目标跟踪方法，包括下列步骤：利用上一时刻目标状态估计信息和当前时刻任务节点观测数据，进行扩展卡尔曼滤波算法，获得当前时刻目标状态估计信息；根据当前时刻目标状态估计信息，计算得到下一时刻候选任务节点的先验估计误差协方差矩阵迹，比较并选举其中最小的迹对应的节点作为下一时刻任务节点；当下一时刻任务节点对应的先验估计误差协方差矩阵迹大于设置的阈值时，采用目标轨迹修正算法，重新获得当前时刻目标状态估计信息，实现目标定位跟踪。本发明所述方法可有效的减少节点间的通讯，节省节点能量资源和通讯资源，同时满足节点定位精确性，实时性和鲁棒性要求。

主权项

一种基于分布式处理的无线传感器网络目标跟踪方法，所述无线传感器网络中包括用于跟踪移动目标的任务节点和处于休眠状态的非任务节点，且跟踪过程中任一时刻只有一个任务节点，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用上一时刻目标状态估计信息和当前时刻任务节点的观测数据，进行扩展卡尔曼滤波算法，获得当前时刻目标状态估计信息，所述目标状态估计信息包括移动目标的当前位置和运动速度，所述观测数据指当前时刻任务节点与目标之间的距离；如果当前没有移动目标历史状态信息时，利用当前时刻的观测数据进行轨迹起始算法，获得目标的状态估计信息，建立起对新目标的跟踪；所述轨迹起始算法包括：对任一节点及其邻居节点构成的局部区域，如果感知到目标的节点数大于规定阈值，则认为该节点位置附近出现一新目标，采用三边定位算法计算该局部区域内目标的坐标值，作为新目标的起始位置；(2)根据当前时刻目标状态估计信息中的位置估计信息，计算得到下一时刻候选任务节点的先验估计误差协方差矩阵迹，比较并选举其中最小的迹对应的节点作为下一时刻任务节点；当所述下一时刻任务节点不是当前时刻任务节点时，当前时刻任务节点将当前目标状态估计信息传递给下一时刻任务节点；当前时刻任务节点除了将当前目标状态估计信息传递给下一时刻任务节点外，还将该信息传递给基站进行备份，当所述下一时刻任务节点由于故障而无法正常工作时，启动任务节点二次选举程序，即利用基站中备份的上一时刻任务节点的目标状态估计信息，寻找目标状态误差协方差矩阵迹次小的节点作为下一时刻任务节点，具体包括：(2.1)由当前时刻目标状态估计信息和当前时刻后验估计误差协方差矩阵，根据移动目标系统方程得到下一时刻目标的状态估计信息和下一时刻先验估计误差协方差值；(2.2)由卡尔曼增益值和各个候选任务节点测量方程的雅可比矩阵，修正各个候选任务节点下一时刻先验估计误差协方差值，并求出各个候选任务节点修正后的下一时刻先验估计误差协方差矩阵迹；(2.3)比较步骤(2.2)中各个候选任务节点修正后的下一时刻先验估计误差协方差矩阵迹，选举其中最小的迹对应的节点标记为下一任务节点；(3)当步骤(2)所述下一时刻任务节点对应的先验估计误差协方差矩阵迹大于设置的阈值时，采用目标轨迹修正算法，重新获得当前时刻目标状态估计信息，实现目标定位跟踪；当下一时刻任务节点对应的先验估计误差协方差矩阵迹大于设置的阈值时，则认为预测的目标位置偏离目标实际位置的误差超出系统允许范围，通过当前时刻各个候选任务节点执行扩展卡尔曼滤波算法预测目标的坐标值，再求这些坐标值的均值，作为目标的修正位置。