專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法，尤其涉 及一種基于二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。目標(biāo)跟 蹤是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用之一，而目標(biāo)位置預(yù)測(cè)則直接影響到目標(biāo)跟蹤 準(zhǔn)確度和可靠性，當(dāng)目標(biāo)預(yù)測(cè)誤差較大時(shí)，容易導(dǎo)致目標(biāo)丟失。通常根據(jù)前幾 個(gè)時(shí)刻目標(biāo)定位坐標(biāo)預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的目標(biāo)位置，目標(biāo)預(yù)測(cè)模型建模方法是決定 目標(biāo)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度大小的主要因素。傳統(tǒng)的線性預(yù)測(cè)法只根據(jù)相鄰兩個(gè)時(shí)刻目標(biāo) 定位坐標(biāo)建立預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度受到目標(biāo)定位誤差影響較大；軌跡擬合法 利用多項(xiàng)式直接擬合若干目標(biāo)定位坐標(biāo)，得到的多項(xiàng)式函數(shù)不包含時(shí)間信息， 無(wú)法充分反映目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且擬合目標(biāo)定位坐標(biāo)數(shù)量一定，對(duì)于機(jī)動(dòng)性目 標(biāo)預(yù)測(cè)的適應(yīng)性較差，從而影響到目標(biāo)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。
國(guó)內(nèi)專(zhuān)利號(hào)為CN200710164468.4的一種基于預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo) 跟蹤方法，該方法根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)或者歷史測(cè)量數(shù)據(jù)確定目標(biāo)的 運(yùn)動(dòng)特征；結(jié)合目標(biāo)的當(dāng)前位置、速度、運(yùn)動(dòng)方向等信息預(yù)測(cè)目標(biāo)的未來(lái)位置 以及下一監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的喚醒時(shí)刻；當(dāng)目標(biāo)位置預(yù)測(cè)失敗時(shí)，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng) 歷史記錄和先驗(yàn)知識(shí)逐級(jí)啟動(dòng)預(yù)測(cè)失敗恢復(fù)過(guò)程。
國(guó)內(nèi)專(zhuān)利號(hào)為CN200810103125.1的一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤方法， 該方法利用歷史目標(biāo)狀態(tài)信息和當(dāng)前時(shí)刻觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行重要性采樣，獲得粒 子狀態(tài)估計(jì)信息，計(jì)算得到軌跡存活指數(shù)和剩余測(cè)量值；根據(jù)軌跡存活指數(shù)決定是否終止該軌跡，并更新軌跡集合；使用重采樣后的粒子，獲得全部目標(biāo)軌 跡的當(dāng)前狀態(tài)估計(jì)，即移動(dòng)目標(biāo)的當(dāng)前位置和運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位跟蹤。
以上方法分別通過(guò)目標(biāo)預(yù)測(cè)或者粒子濾波進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，前者重點(diǎn)考慮了 不同運(yùn)動(dòng)模式類(lèi)別下的目標(biāo)預(yù)測(cè)算法，后者針對(duì)解決粒子濾波目標(biāo)跟蹤計(jì)算量 大，實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題。然而，目標(biāo)跟蹤還需要考慮以下問(wèn)題， 一方面，目標(biāo)定 位坐標(biāo)值通常存在一定誤差，根據(jù)目標(biāo)定位坐標(biāo)值預(yù)測(cè)目標(biāo)位置，需要充分考 慮目標(biāo)定位誤差的影響；另一方面，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的多變性要求目標(biāo)跟蹤方法能夠
適應(yīng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的變化，同時(shí)保持較低的計(jì)算量。因此，通過(guò)較為簡(jiǎn)單的計(jì) 算實(shí)時(shí)估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)預(yù)測(cè)目標(biāo)位置，增加目標(biāo)預(yù)測(cè)算法在存在目標(biāo)定位 誤差和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)變化情況下的魯棒性，有利于進(jìn)一步提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo) 跟蹤性能。

發(fā)明內(nèi)容
為解決傳統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法受到目標(biāo)定位誤差、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī) 律變化影響較大的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 目標(biāo)跟蹤方法，該方法利用目標(biāo)定位歷史數(shù)據(jù)建立近似描述目標(biāo)坐標(biāo)隨時(shí)間變 化關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并利用該模型預(yù)測(cè)目標(biāo)位置，通過(guò)實(shí)時(shí)估計(jì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行 自適應(yīng)建模，降低目標(biāo)定位誤差和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)變化對(duì)跟蹤性能的影響，提高目標(biāo) 跟蹤準(zhǔn)確度。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的一種基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法，包
括
a、 簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰兩個(gè)以上時(shí)刻的目標(biāo)定位坐標(biāo) 和時(shí)間進(jìn)行擬合，得到描述目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo)與時(shí)間關(guān)系的二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè) 模型；
b、 簇頭節(jié)點(diǎn)利用二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的目標(biāo)位置；C、簇頭節(jié)點(diǎn)喚醒目標(biāo)預(yù)測(cè)位置附近傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)定位；
d、 根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰的兩個(gè)時(shí)刻目標(biāo)預(yù)測(cè)位置和定位位置
自適應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)刻個(gè)數(shù)的取值；
e、 簇頭節(jié)點(diǎn)利用更新的擬合數(shù)據(jù)建立新的二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，通過(guò)重 復(fù)預(yù)測(cè)和定位過(guò)程實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。
所述的步驟a中，簇頭節(jié)點(diǎn)將當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰的兩個(gè)以上時(shí)刻 的目標(biāo)定位坐標(biāo)和定位時(shí)間作為擬合數(shù)據(jù)，定義擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為N，利用最小 二乘法分別擬合目標(biāo)定位X坐標(biāo)值或Y坐標(biāo)值與定位時(shí)間的二次多項(xiàng)式函數(shù)， 該二次多項(xiàng)式函數(shù)反映了目標(biāo)X坐標(biāo)值或Y坐標(biāo)值隨定位時(shí)間的變化關(guān)系，因
而將二次多項(xiàng)式函數(shù)作為下一時(shí)刻目標(biāo)位置的預(yù)測(cè)模型。
所述的步驟b中，簇頭節(jié)點(diǎn)將下一次目標(biāo)定位時(shí)間分別輸入目標(biāo)X坐標(biāo)值或 Y坐標(biāo)值二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，二次多項(xiàng)式模型的輸出值即為下一時(shí)刻目標(biāo)X 坐標(biāo)或Y坐標(biāo)的預(yù)測(cè)值，然后由簇頭節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo)的坐標(biāo)預(yù)測(cè) 值。
所述的步驟c中，簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息喚醒距離目標(biāo)預(yù)測(cè)位置為目標(biāo)探測(cè)距 離R范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)，若簇頭節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)預(yù)測(cè)位置的距離大于目標(biāo)探測(cè)范 圍，則在喚醒節(jié)點(diǎn)中選擇新的簇頭節(jié)點(diǎn)，原簇頭節(jié)點(diǎn)將當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻 相鄰的兩個(gè)以上時(shí)刻目標(biāo)定位坐標(biāo)、定位時(shí)間和最近兩個(gè)時(shí)刻的目標(biāo)坐標(biāo)預(yù)測(cè) 值發(fā)送到新的簇頭節(jié)點(diǎn)，然后，簇頭節(jié)點(diǎn)收集簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)接收信號(hào)強(qiáng)度值 RSSI，并利用極大似然估計(jì)法進(jìn)行目標(biāo)定位。
所述的步驟d中，簇頭節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)目標(biāo)定位坐標(biāo)值，并計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng) 前時(shí)刻相鄰的兩個(gè)時(shí)刻目標(biāo)定位位置和預(yù)測(cè)位置距離的平均值，當(dāng)平均值大于 設(shè)定閾值時(shí)，將擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)為M或保持?jǐn)M合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N不變。
所述與當(dāng)前時(shí)刻相鄰的兩個(gè)時(shí)刻為當(dāng)前時(shí)刻往前的兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)刻。
所述擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度M小于所定義的擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N而大于或等于數(shù)值3。所述的步驟e中，簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)最小二乘法擬合更新后的擬合數(shù)據(jù)得到新
的目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo)二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，并重復(fù)目標(biāo)預(yù)測(cè)和定位過(guò)程實(shí)現(xiàn)連續(xù)的目標(biāo)跟蹤。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是
根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，較短時(shí)間內(nèi)的目標(biāo)定位X坐標(biāo)值或Y坐標(biāo)值與定位時(shí)間近
似符合二次多項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系，通過(guò)最小二乘法分別擬合最近若干時(shí)刻目標(biāo)定位
X坐標(biāo)值或Y坐標(biāo)值與定位時(shí)間二次多項(xiàng)式函數(shù)可以估計(jì)當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算目標(biāo)定位位置和預(yù)測(cè)位置距離的平均值自適應(yīng)調(diào)節(jié)目標(biāo)預(yù)測(cè)建模，提高目標(biāo)運(yùn)動(dòng)變化時(shí)目標(biāo)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，降低由于目標(biāo)預(yù)測(cè)誤差過(guò)大引起目標(biāo)丟失的概率。另外，利用最小二乘擬合方法建立預(yù)測(cè)模型能夠顯著減小目標(biāo)定位誤差對(duì)于二次多項(xiàng)式函數(shù)估計(jì)的影響，從而提高了目標(biāo)預(yù)測(cè)算法對(duì)于目標(biāo)定位誤差的魯棒性。因此，本發(fā)明能夠降低目標(biāo)運(yùn)動(dòng)變化和目標(biāo)定位誤差對(duì)目標(biāo)跟蹤的影響，提高機(jī)動(dòng)性目標(biāo)跟蹤準(zhǔn)確度和可靠性。


圖1是自適應(yīng)預(yù)測(cè)目標(biāo)跟蹤流程圖2是自適應(yīng)預(yù)測(cè)目標(biāo)跟蹤具體實(shí)現(xiàn)流程圖3是預(yù)測(cè)建模示意圖4是基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述
參見(jiàn)圖1 ，本實(shí)施例提供了 一種基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法，該方法通過(guò)擬合目標(biāo)定位坐標(biāo)和定位時(shí)間得到目標(biāo)預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)預(yù)測(cè)坐標(biāo)和定位坐標(biāo)自適應(yīng)調(diào)節(jié)預(yù)測(cè)模型，具體包括以下步驟步驟101:簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰兩個(gè)以上時(shí)刻的目標(biāo)定位坐標(biāo)和時(shí)間進(jìn)行擬合，得到描述目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo)與時(shí)間關(guān)系的二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型；
步驟102:簇頭節(jié)點(diǎn)利用二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的目標(biāo)位置；步驟103:簇頭節(jié)點(diǎn)喚醒目標(biāo)預(yù)測(cè)位置附近傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)定位；步驟104:根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰的兩個(gè)時(shí)刻目標(biāo)預(yù)測(cè)位置和定位位置自適應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)刻個(gè)數(shù)的取值；
步驟105:簇頭節(jié)點(diǎn)利用更新的擬合數(shù)據(jù)建立新的二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，
通過(guò)重復(fù)預(yù)測(cè)和定位過(guò)程實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。
本實(shí)施例采用最小二乘法擬合目標(biāo)定位坐標(biāo)和時(shí)間得到二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，并利用該模型預(yù)測(cè)目標(biāo)下一時(shí)刻的位置，提前喚醒相關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)定位，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算目標(biāo)定位和預(yù)測(cè)偏差更新擬合數(shù)據(jù)并建立預(yù)測(cè)模型，具體步
驟參見(jiàn)圖2，包括
步驟201:目標(biāo)跟蹤起始階段，傳感器節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰
兩個(gè)以上時(shí)刻的目標(biāo)定位坐標(biāo)值和定位時(shí)間。
步驟202:簇頭節(jié)點(diǎn)將前多個(gè)時(shí)刻(包含當(dāng)前時(shí)刻)的目標(biāo)定位坐標(biāo)和定
位時(shí)間作為擬合數(shù)據(jù)，定義擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為N，利用最小二乘法分別擬合目標(biāo)X
坐標(biāo)或Y坐標(biāo)與定位時(shí)間的二次多項(xiàng)式函數(shù)，并將它們作為目標(biāo)位置預(yù)測(cè)模型；
步驟203:簇頭節(jié)點(diǎn)將下一次目標(biāo)定位時(shí)間分別輸入關(guān)于目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo)二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，模型輸出目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo)預(yù)測(cè)值，簇頭節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)目標(biāo)預(yù)測(cè)坐標(biāo)值；
步驟204:簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息喚醒距離目標(biāo)預(yù)測(cè)位置為探測(cè)距離R范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)；
步驟205:簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)目標(biāo)探測(cè)信息判斷它到目標(biāo)的距離；
步驟206:當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)超出目標(biāo)探測(cè)范圍時(shí)，則在喚醒節(jié)點(diǎn)中選擇出新的簇頭節(jié)點(diǎn)，否則，保持簇頭節(jié)點(diǎn)不變；
步驟207:原簇頭節(jié)點(diǎn)將前多個(gè)時(shí)刻目標(biāo)定位坐標(biāo)、定位時(shí)間和最近兩個(gè)
時(shí)刻的目標(biāo)預(yù)測(cè)坐標(biāo)發(fā)送到新的簇頭節(jié)點(diǎn)；
步驟208:簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)目標(biāo)接收信號(hào)強(qiáng)度值RSSI和目標(biāo)信號(hào)衰減模型測(cè)
量它到目標(biāo)的距離值，并將RSSI測(cè)距值發(fā)送到簇頭節(jié)點(diǎn)；步驟209:簇頭節(jié)點(diǎn)判斷探測(cè)到目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量；
步驟210:若探測(cè)到目標(biāo)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)小于3，無(wú)法進(jìn)行目標(biāo)定位，目標(biāo)跟蹤過(guò)程結(jié)束；
步驟211:若探測(cè)到目標(biāo)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)大于或等于3，則簇頭節(jié)點(diǎn)利用極
大似然估計(jì)法進(jìn)行目標(biāo)定位；
步驟212:簇頭節(jié)點(diǎn)計(jì)算目標(biāo)定位位置和預(yù)測(cè)位置距離值；
步驟213:簇頭節(jié)點(diǎn)計(jì)算最近3次(包含當(dāng)前時(shí)刻)目標(biāo)定位位置和預(yù)測(cè)位置距離的平均值；
一 步驟214:簇頭節(jié)點(diǎn)判斷最近3次目標(biāo)定位位置和預(yù)測(cè)位置距離的平均值是否大于預(yù)先設(shè)定的閾值；
步驟215:當(dāng)平均值大于設(shè)定閾值時(shí)，將擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)為M(3《IVKN)，否則保持?jǐn)M合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N不變。
參見(jiàn)圖3， r為活動(dòng)目標(biāo)，/時(shí)刻目標(biāo)速度為、，加速度為",，、、 和 、 分別為它們的X軸、Y軸分量。設(shè)初始時(shí)刻^。的目標(biāo)坐標(biāo)為(x。，h)，初速度分量為^、 t>，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，當(dāng)目標(biāo)加速度",一定時(shí)，則M時(shí)間后目標(biāo)
坐標(biāo)"，X)與時(shí)間,滿(mǎn)足二次多項(xiàng)式關(guān)系
= ^ " + A ) = ^ + v 0 0。 + AO +備 Oo + AO2若己知^時(shí)刻目標(biāo)真實(shí)坐標(biāo)(^,^)(* = 1,2,...,從^>3)，通過(guò)上式能夠求解時(shí)間段[Y。， 。+A。內(nèi)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方程^W、 ~(,)，并利用&W、,力)預(yù)測(cè)目標(biāo)在~+1時(shí)刻的位置。實(shí)際上，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)定位坐標(biāo)(；j),)通常包含一定誤差，這時(shí)可以利用最小二乘法分別擬合多個(gè)時(shí)刻的定位時(shí)間^和目標(biāo)定位坐標(biāo), A)= 1,2,..., 7V， iV > 3)得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方程的函數(shù)估計(jì)和Fy' W 。
由運(yùn)動(dòng)學(xué)原理可知，加速度是決定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化的關(guān)鍵因素。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度可能會(huì)發(fā)生變化，但在較短時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為目標(biāo)加速度近似不變。通過(guò)最小二乘法擬合較短時(shí)間內(nèi)多個(gè)時(shí)刻的目標(biāo)定位坐標(biāo)值和定位時(shí)間
得到的二次多項(xiàng)式函數(shù)^(o和巧(o能夠近似反映這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)
律，并可以利用它預(yù)測(cè)目標(biāo)下一時(shí)刻的位置。最小二乘擬合能夠減小目標(biāo)定位誤差對(duì)目標(biāo)預(yù)測(cè)建模的影響，提高目標(biāo)預(yù)測(cè)算法的魯棒性。當(dāng)目標(biāo)加速度改變時(shí)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律相應(yīng)也會(huì)發(fā)生變化。由于加速度改變前后的目標(biāo)真實(shí)坐標(biāo)與定位時(shí)間不符合二次多項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系，因此，通過(guò)最小二乘法擬合得到的二次
多項(xiàng)式函數(shù)不能準(zhǔn)確表達(dá)目標(biāo)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度iV越大，二次
多項(xiàng)式建模誤差也就越大，從而增大了預(yù)測(cè)誤差，這時(shí)需要自適應(yīng)減小擬合數(shù)
據(jù)長(zhǎng)度W的取值來(lái)降低預(yù)測(cè)建模誤差。通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算最近3個(gè)時(shí)刻的目標(biāo)預(yù)測(cè)
位置和定位位置距離平均值可以衡量二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)建模誤差大小，并在平均
值計(jì)算結(jié)果大于設(shè)定閾值時(shí)，自適應(yīng)降低擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為M(3SM〈A0，在目標(biāo)加速度變化情況下，達(dá)到有效控制目標(biāo)預(yù)測(cè)誤差的目的。
參見(jiàn)圖4，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)提前喚醒目標(biāo)附近傳感器節(jié)點(diǎn)組成動(dòng)態(tài)簇
跟蹤活動(dòng)目標(biāo)，曲線p為目標(biāo)r的運(yùn)動(dòng)軌跡，A(^,A)為^時(shí)刻目標(biāo)定位坐標(biāo)值。f6時(shí)刻簇頭節(jié)點(diǎn)c仏通過(guò)最小二乘法分別擬合目標(biāo)定位坐標(biāo)值^ (A)和定位時(shí)
間、(A-l,…,6)得到二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型F;6(0和F;(f)，并將下一次目標(biāo)定位時(shí)
間^輸入預(yù)測(cè)模型得到目標(biāo)坐標(biāo)預(yù)測(cè)值(巧6仏),尸;6仏))。簇頭節(jié)點(diǎn)c仏提前喚醒
距離目標(biāo)預(yù)測(cè)位置為目標(biāo)探測(cè)距離i 范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成新的動(dòng)態(tài)簇，并根據(jù)C/^到目標(biāo)預(yù)測(cè)位置距離確定是否更新簇頭節(jié)點(diǎn)。如圖4所示，C仏與目標(biāo)預(yù)測(cè)位置(i^(",F二("》的距離小于探測(cè)距離i ，因而0/6同時(shí)作為"時(shí)刻的簇頭節(jié)點(diǎn)C//7收集簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)RSSI測(cè)距值，利用極大似然法估計(jì)G時(shí)刻目標(biāo)位置
f7(;7,:P7)，并計(jì)算^(A = 5,6,7)時(shí)刻目標(biāo)預(yù)測(cè)位置和定位位置距離的平均值。然后，
根據(jù)距離平均值與設(shè)定閾值的對(duì)比關(guān)系確定下一次預(yù)測(cè)建模的擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。
若平均值小于設(shè)定閾值，則利用^(^,A)和^0^2，…,7)擬合新的二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)重復(fù)以上預(yù)測(cè)和定位過(guò)程實(shí)現(xiàn)連續(xù)的目標(biāo)跟蹤，并將目標(biāo)定位結(jié)果通過(guò)多跳形式實(shí)時(shí)地傳送到基站。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，該方法包括a、簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰兩個(gè)以上時(shí)刻的目標(biāo)定位坐標(biāo)和時(shí)間進(jìn)行擬合，得到描述目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo)與時(shí)間關(guān)系的二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型；b、簇頭節(jié)點(diǎn)利用二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的目標(biāo)位置；c、簇頭節(jié)點(diǎn)喚醒目標(biāo)預(yù)測(cè)位置附近傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)定位；d、根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰的兩個(gè)時(shí)刻目標(biāo)預(yù)測(cè)位置和定位位置自適應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)刻個(gè)數(shù)的取值；e、簇頭節(jié)點(diǎn)利用更新的擬合數(shù)據(jù)建立新的二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，通過(guò)重復(fù)預(yù)測(cè)和定位過(guò)程實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方 法，其特征在于，所述步驟a中，簇頭節(jié)點(diǎn)將當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰的兩 個(gè)以上時(shí)刻的目標(biāo)定位坐標(biāo)和定位時(shí)間作為擬合數(shù)據(jù)，定義擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為N， 利用最小二乘法分別擬合目標(biāo)定位X坐標(biāo)值或Y坐標(biāo)值與定位時(shí)間的二次多項(xiàng) 式函數(shù)，該二次多項(xiàng)式函數(shù)反映了目標(biāo)X坐標(biāo)值或Y坐標(biāo)值隨定位時(shí)間的變化 關(guān)系，因而將二次多項(xiàng)式函數(shù)作為下一時(shí)刻目標(biāo)位置的預(yù)測(cè)模型。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方 法，其特征在于，所述步驟b中，簇頭節(jié)點(diǎn)將下一次目標(biāo)定位時(shí)間分別輸入目 標(biāo)X坐標(biāo)值或Y坐標(biāo)值二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，二次多項(xiàng)式模型的輸出值即為下 一時(shí)刻目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo)的預(yù)測(cè)值，然后由簇頭節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo) 的坐標(biāo)預(yù)測(cè)值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方 法，其特征在于，所述步驟c中，簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息喚醒距離目標(biāo)預(yù)測(cè)位置為目標(biāo)探測(cè)距離R范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)，若簇頭節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)預(yù)測(cè)位置的距離大于 目標(biāo)探測(cè)范圍，則在喚醒節(jié)點(diǎn)中選擇新的簇頭節(jié)點(diǎn)，原簇頭節(jié)點(diǎn)將當(dāng)前時(shí)刻及 與當(dāng)前時(shí)刻相鄰的兩個(gè)以上時(shí)刻目標(biāo)定位坐標(biāo)、定位時(shí)間和最近兩個(gè)時(shí)刻的目 標(biāo)坐標(biāo)預(yù)測(cè)值發(fā)送到新的簇頭節(jié)點(diǎn)，然后，簇頭節(jié)點(diǎn)收集簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)接收 信號(hào)強(qiáng)度值RSSI，并利用極大似然估計(jì)法進(jìn)行目標(biāo)定位。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟d中，簇頭節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)目標(biāo)定位坐標(biāo)值，并計(jì)算當(dāng) 前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰的兩個(gè)時(shí)刻目標(biāo)定位位置和預(yù)測(cè)位置距離的平均值，當(dāng)平均值大于設(shè)定閾值時(shí)，將擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)為M或保持?jǐn)M合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N不 變。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 4或5所述的基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目 標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，所述與當(dāng)前時(shí)刻相鄰的兩個(gè)時(shí)刻為當(dāng)前時(shí)刻往前的 兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)刻。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方 法，其特征在于，所述擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度M小于所定義的擬合數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N而大于或 等于數(shù)值3。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方 法，其特征在于，所述的步驟e中，簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)最小二乘法擬合更新后的擬 合數(shù)據(jù)得到新的目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo)二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，并重復(fù)目標(biāo)預(yù)測(cè)和 定位過(guò)程實(shí)現(xiàn)連續(xù)的目標(biāo)跟蹤。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方法，該方法包括簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰兩個(gè)以上時(shí)刻的目標(biāo)定位坐標(biāo)和時(shí)間進(jìn)行擬合，得到描述目標(biāo)X坐標(biāo)或Y坐標(biāo)與時(shí)間關(guān)系的二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型；簇頭節(jié)點(diǎn)利用二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的目標(biāo)位置；簇頭節(jié)點(diǎn)喚醒目標(biāo)預(yù)測(cè)位置附近傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)定位；根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻及與當(dāng)前時(shí)刻相鄰的兩個(gè)時(shí)刻目標(biāo)預(yù)測(cè)位置和定位位置自適應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)刻個(gè)數(shù)的取值；簇頭節(jié)點(diǎn)利用更新的擬合數(shù)據(jù)建立新的二次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，通過(guò)重復(fù)預(yù)測(cè)和定位過(guò)程實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。通過(guò)本發(fā)明能顯著降低目標(biāo)加速度改變對(duì)目標(biāo)位置預(yù)測(cè)的影響，減小目標(biāo)位置預(yù)測(cè)誤差，提高目標(biāo)跟蹤準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)G01S5/02GK101458325SQ20091007621
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者波 劉, 劉桂雄, 張曉平 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)