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基于无线传感器网络的目标跟踪研究

作　者: 刘畅
导　师: 陈云秋
学　校: 中国舰船研究院
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 无线传感器网络时间同步目标跟踪恢复机制系统结构
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 57次
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内容摘要

在军事领域中可靠、精确地跟踪目标,长期以来始终是情报侦察系统地主要目的之一。无线传感器网络研究最早起源于军事领域,以其具有微型化终端探测的功能以及自组网的特点,因而在目标跟踪应用中的优势越来越明显,基于无线传感器网络的目标跟踪是通过无线传感器网络的传感器节点之间对目标进行协作定位,来掌握目标的速度、位置、移动轨迹等信息,在军事领域有着很高和很广的实际应用价值。目前面向目标跟踪的无线传感器网络设计大多都是基于理想情况下设计的,没有考虑一些恶劣环境下,以及作战时的特殊情况,因此,尽管跟踪效果也许能达到很高的精度,但是忽略了对系统的整体考虑,能量的使用率不高,不可以在出现核辐射等一些特殊环境中继续使用,实际军事应用中并不能达到理想的效果。本文针对我国南海边防的特殊环境,在网络体系结构、时间同步机制、以及目标跟踪三个方面,从整体上进行研究,并且进行了改进,使之更适合我国特殊的环境。所以,在以往经典的体系结构基础上,运用了流星余迹进行远程通信,使之在核辐射、磁暴、耀斑、极光等情况出现后仍然可以远程通信;在时间同步上,利用路由初始化时生成的层次结构和目标跟踪的数据传输特性,对已有的TPSN时间同步算法作简化处理,使之能量消耗更少,可以让系统生存期更长;在目标跟踪的应用层上,针对基于精确定位分簇WSN模型下的目标跟踪算法,利用分布式贝叶斯估计改进了簇头节点上的预测机制,并提出了跟踪失败的恢复跟踪机制。最后搭建仿真平台,对改进算法进行仿真和详细结果对比分析,从仿真结果上看出,改进后的算法在目标跟踪的精度、能量消耗上都优于原有算法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
图目录  8
表目录  8-9
第1章绪论  9-15
  1.1 无线传感器网络的基本概念  9-11
    1.1.1 无线传感器网络的概念  9
    1.1.2 无线传感器网络需要的特性  9-10
    1.1.3 无线传感器网络的关键技术  10-11
  1.2 无线传感器网络中的目标跟踪技术  11-13
    1.2.1 目标跟踪的研究背景和意义  11-12
    1.2.2 无线传感器网络目标跟踪研究发展现状  12-13
  1.3 本文的研究重点和组织方式  13-15
第2章无线传感器网络相关技术及理论  15-28
  2.1 无线传感器网络的设计原理  15-16
  2.2 无线传感器网络系统结构  16-18
    2.2.1 无线传感器网络的一般系统结构  16-18
  2.3 无线传感器网络的时间同步  18-19
    2.3.1 时间同步机制  18-19
  2.4 无线传感器网络的目标跟踪  19-27
    2.4.1 目标跟踪的原理和方法  19-20
    2.4.2 典型的跟踪算法  20-25
    2.4.3 分布式贝叶斯估计算法  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章无线传感器网络设计  28-42
  3.1 无线传感器网络设计  28-33
    3.1.1 无线传感器系统结构设计  28-29
    3.1.2 流星余迹  29-32
    3.1.3 流星余迹通信在无线传感器网络中的应用  32-33
  3.2 时间同步机制的设计  33-40
    3.2.1 TPSN 时间同步协议  33-36
    3.2.2 精简TPSN 时间同步协议  36-40
    3.2.3 能耗分析  40
  3.3 本章小结  40-42
第4章基于精确定位 WSN 的目标跟踪算法分析与改进  42-55
  4.1 基于精确定位WSN 模型下的跟踪算法分析  42-47
    4.1.1 SN (Sensor Node) 节点的预测机制  42-45
    4.1.2 CH (Cluster Head) 节点的预测机制  45-47
  4.2 基于精确定位WSN 的目标跟踪算法改进  47-53
    4.2.1 WSN 的分簇模型  47-49
    4.2.2 预测跟踪算法的运行机制  49-52
    4.2.3 跟踪丢失的恢复机制  52-53
  4.3 本章小节  53-55
第5章仿真实验与结果分析  55-64
  5.1 仿真环境搭建  55
  5.2 基于精确定位WSN 的跟踪算法仿真  55-63
    5.2.1 贝叶斯递归的算法流程  55-59
    5.2.2 分布式贝叶斯算法的仿真结果及分析  59-63
  5.3 本章小结  63-64
第6章总结与展望  64-66
  6.1 论文的主要工作及贡献  64
  6.2 对下一步工作的思考  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  71-72
详细摘要  72-75

基于无线传感器网络的目标跟踪研究

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