专利名称：一种基于传感器节点策略选择的水下无线传感器网络目标跟踪方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器节点策略选择的水下无线传感器网络目标跟踪方法
背景技术：
水下无线传感器网络是指在一定的水域中部署大量的传感器节点和自主车协作监测和采集周围环境感兴趣数据的网络，传感器节点能够自组织地建立起网络并进行声通信，经过数据融合技术，指定节点将获取的数据传送到水面或者岸基的控制中心，这样就实现了水下传感器网络与陆地通信网络的融合。水下传感器通常具有低功耗、传输距离短的特点。水下目标跟踪是水下传感器网络的一个重要应用。水下传感器网络具有节点分布广、数量多，节点间可以相互协作、交换数据，可扩展性强等特点，这有利于扩大目标的跟踪范围、加强目标跟踪的可靠性和实时性。在机动目标的行进路线上分布着众多的传感器节点，很多传感器节点与目标的距离比较遥远，其测量信息被传送到处理节点时往往存在着延时、失真等问题。这些测量信息对目标轨迹估计的帮助往往可以忽略。这样的节点在大规模水下传感器网络中是占绝大多数的，如果长时间使上述节点保持工作状态，不仅使产生的无用信息严重侵占本已十分宝贵的水下信道频谱资源，而且造成这些节点能源的浪费。水下传感器节点一般采用蓄电池供电，由于环境复杂，蓄电池的工作寿命一般是一次性的，能源的限制严重降低了传感器的工作时间。因此将有限的能源用于有效的探测尤其显得重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于传感器节点策略选择的水下无线传感器网络目标跟踪方法。基于传感器节点策略选择的水下无线传感器网络目标跟踪方法步骤如下:I)初始化水下无线传感器网络，使所有传感器节点都具有同一规格，并且都处于工作状态；2)设定目标初始状态估计值和初始方差估计值；3) k时刻选择距离目标状态估计值最近的传感器节点作为处理节点；4) k时刻选择距离处理节点三倍标准差范围内的传感器节点作为观测节点；5)k时刻选择传感器节点观测范围大于观测节点与目标位置估计的传感器节点发送观测数据到处理节点；6) k时刻处理节点运用卡尔曼滤波估计目标位置估计和方差估计；7) k时刻自加1，目标移动到另一个位置，按照步骤3)选择处理节点8)重复步骤3)-步骤7)，直至目标脱离水下传感器网络的覆盖区域为止。本发明有效降低了水下无线传感器网络目标跟踪的能耗和通信负载。
图1是本发明的传感器节点选择示意图。
具体实施例方式基于传感器节点策略选择的水下无线传感器网络目标跟踪方法的步骤如下:1)初始化水下无线传感器网络，使所有传感器节点都具有同一规格，并且都处于工作状态；2)设定目标初始状态估计值和初始方差估计值；3) k时刻选择距离目标状态估计值最近的传感器节点作为处理节点；4) k时刻选择距离处理节点三倍标准差范围内的传感器节点作为观测节点；5)k时刻选择传感器节点观测范围大于观测节点与目标位置估计的传感器节点发送观测数据到处理节点；6) k时刻处理节点运用卡尔曼滤波估计目标位置估计和方差估计；7)k时刻自加1，目标移动到另一个位置，按照步骤3)选择处理节点8)重复步骤3)-步骤7)，直至目标脱离水下传感器网络的覆盖区域为止。实施例步骤101:初始化水下无线传感器网络，在水下环境内均匀播撒无线传感器网络节点，所有节点都具有统一的规格，如通信距离、探测距离等，所有节点都处于工作状态，保持探测功能，但是可以关闭通信功能，所有节点都必须知道位置数据。步骤102:在k=0时刻，根据目标的初始分布设定目标初始位置估计值和初始方差估计值。步骤103:在k时刻，存在一个对目标位置估计的椭圆区域。通过上一时刻的卡尔曼滤波预测过程可以获得该时刻目标位置估计的椭圆区域。选择离椭圆区域中心最近的节点作为处理节点，上一时刻的处理节点会将目标运动信息传送给当前的处理节点。步骤104:如图1所示，圆A与圆B分别为传感器sA和sB的探测区域，!T1和r2分别是传感器sA和sB的探测半径，圆B的圆心是k时刻卡尔曼滤波预测的运动目标位置。圆B的半径为3σ表示圆内有99.73%概率包含了目标的状态。传感器Si和目标估计位置间的距离Cli可以表示为:
权利要求
1.种基于传感器节点策略选择的水下无线传感器网络目标跟踪方法，其特征在于它的步骤如下: 1)初始化水下无线传感器网络，使所有传感器节点都具有同一规格，并且都处于工作状态； 2)设定目标初始状态估计值和初始方差估计值； 3)k时刻选择距离目标状态估计值最近的传感器节点作为处理节点； 4)k时刻选择距离处理节点三倍标准差范围内的传感器节点作为观测节点； 5)k时刻选择传感器节点观测范围大于观测节点与目标位置估计的传感器节点发送观测数据到处理节点； 6)k时刻处理节点运用卡尔曼滤波估计目标位置估计和方差估计； 7)k时刻自加1，目标移动到另一个位置，按照步骤3)选择处理节点 8)重复步骤3)-步骤7)，直至目标脱离水下传感器网络的覆盖区域为止。
全文摘要
本发明公开了一种基于传感器节点策略选择的水下无线传感器网络目标跟踪方法。该方法首先根据运动目标的初始位置估计和方差估计选择离初始位置估计距离最近的节点作为处理节点，再以该节点为圆心，标准差估计的三倍距离为半径选择观测节点，当观测节点位置与目标位置距离小于传感器的观测范围时传送观测数据给处理节点，处理节点根据观测值运用卡尔曼滤波估计目标位置估计值和方差估计值。再根据目标位置估计值选择距离最近的传感器节点作为下一时刻的处理节点，上一时刻的处理节点的位置估计值和方差估计值传送给当前处理节点，直到运动目标超出了水下传感器网络的跟踪范围。本发明有效降低了水下无线传感器网络目标跟踪的能耗和通信负载。
文档编号H04W84/18GK103096444SQ20131003986
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者谢立, 周圣贤, 宋克兰 申请人:浙江大学