基于现代无线传感器网络的目标跟踪算法

摘要：无线传感网络的目标跟踪需要满足实时性的要求，所以无线传感器网络的目标跟踪算法必须尽可能根据网内信息计算目标的位置和运动轨迹，适应网络的动态变化，实时传输跟踪目标的位置、方向等信息，并尽可能减少网络的通信计算量，从而满足现代网络的要求。

关键词：现代无线传感网络 节点 位置

中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0068-01

1 现代无线传感器网络的结构

1.1 现阶段无线传感器网络

无线传感器的三个重要要素分别是：传感器、感知对象和观察者。通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。

1.2 传感器网络的体系结构

大规模布放的无线传感器网络，节点通过飞机撒播、机器投射等方式，大规模的监测对象内部和周围的信息，有着广阔的覆盖领域，无线传感器网络的一个典型体系结构包括了传感器节点、汇聚节点、Internet 或通信卫星、任务管理节点以及观察对象可以实现监测区域内任意地点、任意时间的信息采集、处理和分析，最终通过Internet或者通过卫星讲这些传感器网络与任务管理节点通信，对任意区域监测到的数据进行高效处理，然后整合数据提供给使用者。

2 现代无线传感器网络的目标跟踪算法及原理

2.1 由于目前无线传感器网络跟踪的的算法有很多种，暂时还没有统一的标准进行分类，以下是简单的说吗现代跟踪算法的特点

（1）集中式算法。集中算法是把所需的信息传送到处理中心，由信息处理中心实现地位，跟踪方式处理，优点是全局统筹兼顾，计算和处理量几乎没有限制，并且有较好的追踪效果，缺点是信息量过大，汇集点很集中，如果系统休克则网络不可用则无法实现定位。

（2）传送树跟踪算法。由研究者提出的传送树算法是一种分布式算法，与之前的大部分提出了一种传送树（convey tree）算法。这种算法是一种分布式算法，而之前的大多数跟踪算法是以集中式为主的，传送树结构是一种由移动目标附近的节点组成的动态树型结构，并且会随着目标的移动动态地添加或者删除一些节点，首先保证高效性而且可节省时间和开销。但是需要动态融合计算所以能量消耗比较大，所以要选取合适的融合节点。

2.2 现代无线传感器目标追踪的原理和方法

（1）在目标节点位置附近活动是，可以通过多种方式获得节点和目标位置关系的信息，有距离和方向等关系。测量距离的方法很多，比如测量目标发出信号的能量强度，信号之前传播的条件和外部环境都会有不同程度的影响着传播时间差等等。还可以通过几何位置得出。在获得节点的测量和通信是个向同性的，这样可以通过目标的未知精确估计使得传感器有时候可以测出目标速度的信息。

（2）但是在自然条件下误差的存在是不可避免的比如有噪声的状态下，通常使用滤波算法对目标状态进行分析，离目标节点越远，测量的误差越大。

3 现代无线传感器网络目标跟踪关键技术

无线传感器网络是如今信息领域非常热门的研究热点，而且是一种多门学科交叉的领域传统而又新兴的技术，有着非常多的研究价值，所以必须要了解关于技术性的研究以下就是研究内容：

3.1 目标定位算法、无线传感器网络目标定位可以分为以下三个过程

（1）节点检测到目标到监测区域，测量目标到节点的距离。

（2）检测到目标的节点呼唤节点位置，然后将信息发送到汇集节点。

（3）若第一个点或者汇聚节点能够接受到多个节点发送的具体目标的位置，就计算当前的目标的距离。根据定位方式，要将现在又的无线传感器网络节点定位分为：基于测距的方法和不基于测距两种。

3.2 无线传感器网络测距的定位方法

基于现代测距的定位方式要求测量未知节点到标记点之间的距离和角度的信息，使用三边测量法或者最大近似值法等方法计算未知点的位置，这种定位机制需要两个点的具置和角度与距离等详细信息，又通常采用以下的方法：

（1）到达时间定位法。使用信号传播的到达时间来测量具体，在此定位中，假设电播波从锚节点到未知节点的传播时间为t，速度是c，所以锚点到位置点的距离是txc。到达时间通过测量信号传播的时间来测量距离。在TOA定位中，假设电波从锚节点到未知节点的传播时间为t，电波传播速度为c，则锚节点到未知节的距离为t*c，这种方法要求接收信号的锚节点或未知节点知道信号开始传输的时刻，并要求节点有非常精确的时钟，能够进行时间同步。GPS是此方法常用的方法。

（2）时间差定位法。时间差（TDOA）定位与TDOA测距不同， TDOA 测距用计算不同无线网络信号到未知节点的实际那差和速度，计算未知点到锚点的距离，TDOA定位是计算两个锚点信号距通过多个锚点的距离差算出自身的未知。

（3）到达角定位法。到达角（AOA）定位法是用阵列天线和多个接收器结合，得到挨着节点发送信号的方向，得到从接收机到发射机的指向线，两条线的交点就是位置节点的未知了。

4 现代无线传感器网络的目标跟踪算法应用

基于现代无线传感器网络的目标跟踪算法的应用范围是非常广泛的，包括了环境监控、军事应用、家庭休闲娱、数码科技等等。如：在军事上面无线传感网络对目标的追踪可以收获信息、了解和掌握敌人的行踪、战场上的监控。 还有比如在地震多发的地方能用无线传感器追踪信号，来预测地震发出预警警报或者地震后发出信号还有位置，可以使救援区域能够很快划分，节省救命时间。在医学上也有着广泛的应用，植入病人体的传感器可以随时的检测病人的健康状态，在危险的环境进行勘察的时候也能起到提前检测的作用。

5 结语

综合上述无线传感网络的目标跟踪算法的结构、原理、使用方法、应用和前景的了解，得知无线传感网络的优点大概有：高效性、广泛性、可调整性和适应性。定量的分析节点数量和放置位置可以得出区域内的绝对坐标，从而可以精确的测量出使用者需要的数据。我们希望它能发展的更好更具有实用性和经济性，更低的耗能，更加灵活的拓展性和组织性都是研究的目标。

参考文献

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