水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位與目標(biāo)跟蹤關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、隨著陸地資源的逐漸減少，人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)海洋資源的開發(fā)和利用?；谒聼o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Underwater Wireless Sensor Networks，UWSNs）的水下目標(biāo)跟蹤作為海洋開發(fā)和利用的重要組成部分，正在成為一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。由于UWSNs節(jié)點(diǎn)為水下目標(biāo)跟蹤提供量測(cè)，節(jié)點(diǎn)的位置信息對(duì)水下目標(biāo)跟蹤至關(guān)重要，本文首先研究了UWSNs節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上研究了UWSNs水下目標(biāo)跟蹤問(wèn)題。
　　本研究主要內(nèi)容包括

2、：⑴針對(duì)沒(méi)有額外輔助設(shè)備和節(jié)點(diǎn)通信能力不強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一種自上而下的節(jié)點(diǎn)定位策略。通過(guò)定義節(jié)點(diǎn)自信指數(shù)，引入梯度法，以及設(shè)計(jì)三維空間兩跳距離估計(jì)算法，在保證適當(dāng)跟蹤精度的前提下，提高了定位覆蓋率。其次，針對(duì)UWSNs節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，提出了一種不依賴時(shí)鐘同步的節(jié)點(diǎn)定位策略。利用本地時(shí)鐘的時(shí)間差獲取節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)的距離差，并設(shè)計(jì)了一種基于距離差的最小二乘定位法，將距離差信息轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)的位置。⑵考慮到UWSNs節(jié)點(diǎn)有限的計(jì)算和存儲(chǔ)

3、能力，研究了基于局部信息節(jié)點(diǎn)選擇水下目標(biāo)跟蹤問(wèn)題。為了克服全局信息節(jié)點(diǎn)選擇的弊端，提出了一種基于局部信息的節(jié)點(diǎn)選擇策略。為了保證UWSNs目標(biāo)跟蹤實(shí)時(shí)性要求，采用了帶反饋的分布式卡爾曼融合策略，并設(shè)計(jì)了一種基于局部信息節(jié)點(diǎn)選擇的分布式跟蹤算法，降低了計(jì)算復(fù)雜度。然后，本文研究了考慮節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的水下目標(biāo)跟蹤問(wèn)題，給出了量化量測(cè)條件下后驗(yàn)克拉美羅下界與節(jié)點(diǎn)拓?fù)涞年P(guān)系，并設(shè)計(jì)了一種基于多傳感器粒子濾波的水下目標(biāo)跟蹤策略。基于上述研究成果，本

4、文進(jìn)一步研究了非理想信道對(duì)水下目標(biāo)跟蹤性能的影響，設(shè)計(jì)了一種非理想信道條件下的水下目標(biāo)跟蹤策略，并利用海試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該跟蹤策略的有效性。最后，考慮到UWSNs節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，研究了節(jié)點(diǎn)位置不確定水下目標(biāo)跟蹤問(wèn)題。利用一階泰勒級(jí)數(shù)展開法對(duì)節(jié)點(diǎn)位置不確定性進(jìn)行了建模，將節(jié)點(diǎn)位置不確定的影響近似轉(zhuǎn)換成量測(cè)噪聲。給出了節(jié)點(diǎn)位置不確定條件下后驗(yàn)克拉美羅下界與節(jié)點(diǎn)估計(jì)位置的關(guān)系，并設(shè)計(jì)了一種考慮節(jié)點(diǎn)位置不確定的水下目標(biāo)跟蹤策略，提高了水下目標(biāo)跟蹤精度