專利名稱：一種基于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱目標(biāo)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱目標(biāo)跟蹤方法。
背景技術(shù)：
水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是指在一定的水域中部署大量的傳感器節(jié)點和自主車協(xié)作監(jiān)測和采集周圍環(huán)境感興趣數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點能夠自組織地建立起網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行聲通信，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，指定節(jié)點將獲取的數(shù)據(jù)傳送到水面或者岸基的控制中心，這樣就實現(xiàn)了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)與陸地通信網(wǎng)絡(luò)的融合。水下傳感器通常具有低功耗、傳輸距離短的特點。水下目標(biāo)跟蹤是水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個重要應(yīng)用。水下傳感器網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點分布廣、數(shù)量多，節(jié)點間可以相互協(xié)作、交換數(shù)據(jù)，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點，這有利于擴(kuò)大目標(biāo)的跟蹤范圍、加強(qiáng)目標(biāo)跟蹤的可靠性和實時性。水下目標(biāo)跟蹤多為非線性問題，粒子濾波方法在非線性非高斯問題中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，在陸地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中已有粒子濾波用于目標(biāo)跟蹤問題，因此水下目標(biāo)跟蹤問題多采用粒子濾波方法。在聲納傳感器檢測水中目標(biāo)的過程中，總是希望能夠在較遠(yuǎn)的距離較早發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，而水中目標(biāo)增加的隱蔽性或者檢測目標(biāo)本身尺寸較小、背景噪聲和雜波過強(qiáng)等都有可能造成聲納回波微弱，目標(biāo)檢測的信噪比過低，這就是弱小目標(biāo)的監(jiān)測與跟蹤問題。人們提出了弱小目標(biāo)的檢測前跟蹤算法(track before detect)。檢測前跟蹤算法利用原始的觀測數(shù)據(jù)作為觀測輸入，采用跟蹤算法估計目標(biāo)狀態(tài)，然后利用目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行檢測判決，這有利于低信噪比條件下的弱小目標(biāo)信號能量積累，提高弱小目標(biāo)的檢測性能。在過去的幾十年中，各種傳感器技術(shù)飛速發(fā)展，聲納、雷達(dá)、紅外等探測手段性能不斷提高，但是隨著 科技的發(fā)展，隱身技術(shù)、電子干擾技術(shù)等嚴(yán)重影響了傳感器對目標(biāo)的檢測性能，加上現(xiàn)代戰(zhàn)爭環(huán)境復(fù)雜，強(qiáng)海雜波對水面艦艇、強(qiáng)地雜波對導(dǎo)彈武器和低空飛行器等有著嚴(yán)重的干擾，因此必須研究相應(yīng)的技術(shù)來應(yīng)對挑戰(zhàn)，檢測前跟蹤技術(shù)利用原始數(shù)據(jù)不設(shè)門限和信號能量累積的特性都使其相對其他檢測與跟蹤技術(shù)更有優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱目標(biāo)跟蹤方法?；谒聼o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱目標(biāo)跟蹤方法的步驟如下:I)初始化水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，使所有傳感器節(jié)點都具有同一規(guī)格，并且都處于工作狀態(tài)；2)選擇水下接收信號強(qiáng)度最大的傳感器節(jié)點作為簇頭節(jié)點，與簇頭節(jié)點在單跳通信范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點和簇頭節(jié)點組簇，其余傳感器節(jié)點保持在休眠狀態(tài)；3 )簇內(nèi)傳感器節(jié)點對目標(biāo)進(jìn)行觀測，將觀測的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給簇頭節(jié)點。
4)設(shè)定初始狀態(tài)估計值和初始方差估計值，設(shè)定粒子存在性變量馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣和粒子出現(xiàn)概率分Wpb(X)；5)在k時刻根據(jù)步驟2)組簇，并將上一時刻檢測前跟蹤粒子濾波估計的狀態(tài)估計值和方差估計值打包傳送給此k時刻的簇頭節(jié)點；6)進(jìn)行k時刻的檢測前跟蹤粒子濾波，輸出目標(biāo)的位置估計值和方差估計值；7) k時刻自加I，根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動不斷地更新簇頭節(jié)點，在簇頭節(jié)點更換時將上一簇頭節(jié)點的信息傳送給當(dāng)前簇頭節(jié)點；8)重復(fù)步驟5)-步驟7)，直至目標(biāo)脫離水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域為止。步驟6)為:粒子狀態(tài)向量除了目標(biāo)位置外還包括了粒子存在性變量λ，存在性變量根據(jù)馬爾科夫矩陣轉(zhuǎn)移，似然函數(shù):
權(quán)利要求
1.一種基于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于它的步驟如下: 1)初始化水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，使所有傳感器節(jié)點都具有同一規(guī)格，并且都處于工作狀態(tài)； 2)選擇水下接收信號強(qiáng)度最大的傳感器節(jié)點作為簇頭節(jié)點，與簇頭節(jié)點在單跳通信范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點和簇頭節(jié)點組簇，其余傳感器節(jié)點保持在休眠狀態(tài)； 3 )簇內(nèi)傳感器節(jié)點對目標(biāo)進(jìn)行觀測，將觀測的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給簇頭節(jié)點。
4)設(shè)定初始狀態(tài)估計值和初始方差估計值，設(shè)定粒子存在性變量馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣和粒子出現(xiàn)概率分布Pb(X); 5)在k時刻根據(jù)步驟2)組簇，并將上一時刻檢測前跟蹤粒子濾波估計的狀態(tài)估計值和方差估計值打包傳送給此k時刻的簇頭節(jié)點； 6)進(jìn)行k時刻的檢測前跟蹤粒子濾波，輸出目標(biāo)的位置估計值和方差估計值； 7)k時刻自加1，根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動不斷地更新簇頭節(jié)點，在簇頭節(jié)點更換時將上一簇頭節(jié)點的信息傳送給當(dāng)前簇頭節(jié)點； 8)重復(fù)步驟5)-步驟7)，直至目標(biāo)脫離水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱目標(biāo)跟蹤方法，其特征是:所述的步驟6)為: 粒子狀態(tài)向量除了目標(biāo)位置外還包括了粒子存在性變量入， 存在性變量根據(jù)馬爾科夫矩陣轉(zhuǎn)移， 似然函數(shù):
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的弱目標(biāo)跟蹤方法。該方法首先采集傳感器網(wǎng)絡(luò)所觀測的數(shù)據(jù)，不進(jìn)行閾值判斷，然后直接采用粒子濾波方法估計目標(biāo)的位置估計值和方差估計值。水下環(huán)境的復(fù)雜背景噪聲使得采集的信號信噪比低，如果對傳感器采集的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值過濾，會造成目標(biāo)位置信息殘缺，該方法采用檢測前跟蹤的思想，直接使用觀測數(shù)據(jù)為粒子濾波跟蹤算法的輸入，在粒子狀態(tài)向量中加入了存在性變量用于表示粒子的狀態(tài)。粒子分為出生粒子、遺傳粒子和湮滅粒子三種，分別代表了目標(biāo)狀態(tài)的粒子出現(xiàn)、粒子遺傳和粒子消失。本發(fā)明使用基于檢測前跟蹤的粒子濾波算法估計水下弱目標(biāo)的位置和方差，有效提高了水下弱目標(biāo)跟蹤的穩(wěn)定性和精度。
文檔編號H04W84/18GK103152819SQ20131004048
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者謝立, 周圣賢, 宋克蘭 申請人:浙江大學(xué)