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多Fairchild仙童傳感器組網(wǎng)協(xié)同跟蹤方研究
隨著傳感器技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，越來越多的傳感器被納入到一體化網(wǎng)絡(luò)中參與協(xié)同作戰(zhàn)。信息融合技術(shù)能夠解決不同平臺(tái)上傳感器所獲信息的融合問題，改善系統(tǒng)的目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤性能，已逐漸成為學(xué)術(shù)界和工程應(yīng)用界的研究熱點(diǎn)。然而，隨著傳感器數(shù)目和目標(biāo)數(shù)目的增多，信息融合系統(tǒng)復(fù)雜度隨之增加，傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息融合跟蹤結(jié)構(gòu)優(yōu)化的需求度也逐漸增加。另一方面，由于目標(biāo)環(huán)境的多變性和局限性，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)無利用所有傳感器同時(shí)跟蹤某一目標(biāo)?；谏鲜鲈颍芯咳绾螌⒂邢薜膫鞲衅髻Y源分配給不同的目標(biāo)，優(yōu)化信息融合跟蹤結(jié)構(gòu)，使不同傳感器通過交流、合作與競(jìng)爭(zhēng)協(xié)同完成跟蹤任務(wù)的協(xié)同跟蹤方就顯得尤為重要，并逐漸成為信息融合問題中的一個(gè)核心問題。

多Fairchild仙童傳感器組網(wǎng)協(xié)同跟蹤方研究
本文在前人工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際科研項(xiàng)目，以提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體跟蹤性能為目標(biāo)，研究了不同實(shí)際情況下，傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)單、多機(jī)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行協(xié)同跟蹤的若干方。文的主要研究工作概括如下：1.介紹了協(xié)同跟蹤的基礎(chǔ)理及其數(shù)學(xué)描述。研究了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型、傳感器觀測(cè)模型、觀測(cè)噪聲的閃爍效應(yīng)以及常用的濾波算，并對(duì)迭代無跡卡爾曼濾波算進(jìn)行了改進(jìn)。構(gòu)建了多傳感器協(xié)同跟蹤的一般性研究框架，指出了協(xié)同跟蹤問題與一般跟蹤問題的區(qū)別在于傳感器跟蹤性能的度量以及傳感器行為的決策與執(zhí)行。2.研究了靜態(tài)傳感器機(jī)動(dòng)目標(biāo)協(xié)同跟蹤方。針對(duì)傳感器數(shù)量較少、位置固定，且每一時(shí)刻只允許選擇一個(gè)傳感器進(jìn)行目標(biāo)跟蹤的問題，提出了一種基于Rényi信息增量的機(jī)動(dòng)目標(biāo)協(xié)同跟蹤方。該方將目標(biāo)跟蹤精度作為主要考慮因素，首先利用粒子濾波算計(jì)算每個(gè)傳感器對(duì)目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)的Rényi信息增量，然后以Rényi信息增量zui大為準(zhǔn)則進(jìn)行跟蹤傳感器的選擇，zui后通過多模型的交互作用實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)狀態(tài)的準(zhǔn)確估計(jì)。該方能夠根據(jù)機(jī)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況自適應(yīng)地為其選擇合適的傳感器進(jìn)行接力跟蹤，獲得較高跟蹤精度。3.研究了動(dòng)態(tài)傳感器機(jī)動(dòng)目標(biāo)協(xié)同跟蹤方。在大型動(dòng)態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，針對(duì)傳感器數(shù)量眾多、位置可移動(dòng)，且多個(gè)傳感器同時(shí)工作時(shí)目標(biāo)信息傳遞能耗不容忽視情況下的跟蹤傳感器選擇問題，提出了一種動(dòng)態(tài)傳感器優(yōu)化部署下的機(jī)動(dòng)目標(biāo)協(xié)同跟蹤方。該方首先采用粒子群算優(yōu)化部署動(dòng)態(tài)傳感器的位置，提高了有效覆蓋率并降低了傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗；然后，在此基礎(chǔ)上，以傳感器間信息傳遞能耗與候選傳感器的Rényi信息增量構(gòu)造適應(yīng)度函數(shù)，采用二值粒子群優(yōu)化算自適應(yīng)地選擇*跟蹤傳感器組；zui后，利用*跟蹤傳感器組對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，并采用交互多模型粒子濾波算對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)位置進(jìn)行估計(jì)并進(jìn)行分布式融合。仿真結(jié)果表明，該方能夠提高資源有效利用率。4.研究了多機(jī)動(dòng)目標(biāo)協(xié)同跟蹤方。在監(jiān)視區(qū)域存在多個(gè)目標(biāo)的情況下，針對(duì)如何將有限的傳感器資源分配給不同目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的問題，提出了一種基于博弈的多機(jī)動(dòng)目標(biāo)協(xié)同跟蹤方。該方首先利用交互多模型擴(kuò)展粒子濾波算遞歸地估計(jì)網(wǎng)絡(luò)中各機(jī)動(dòng)目標(biāo)的狀態(tài)；然后，促使跟蹤精度未達(dá)系統(tǒng)要求的目標(biāo)代理發(fā)起談判，在確保談判雙方利益zui大化的條件下，通過博弈為談判發(fā)起者爭(zhēng)取更多的傳感器對(duì)其所代表的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；zui后，將各目標(biāo)代理獲得的傳感器估計(jì)值進(jìn)行融合。該算能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)每個(gè)目標(biāo)的跟蹤需求自適應(yīng)地為其分配合適的傳感器，使傳感器網(wǎng)絡(luò)保持對(duì)所有目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤并獲得較優(yōu)的整體跟蹤精度。5.研究了多目標(biāo)協(xié)同檢測(cè)與跟蹤方。在實(shí)際多目標(biāo)環(huán)境下，監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)數(shù)隨時(shí)可能發(fā)生變化。不斷出現(xiàn)的新生目標(biāo)，使得現(xiàn)有傳感器-目標(biāo)分配方案隨之失效。針對(duì)如何根據(jù)目標(biāo)被探測(cè)狀態(tài)（被檢測(cè)或者被跟蹤），將有限的傳感器資源分配給不同的目標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)探測(cè)任務(wù)的問題，提出了一種基于后驗(yàn)克拉美-羅下界（Posterior Cramer-Rao Lower Bound, PCRLB）和二值粒子群優(yōu)化算（Binaryparticle swarm optimization, BPSO）的多目標(biāo)協(xié)同檢測(cè)與跟蹤方。該方首先采用獨(dú)立于濾波算的PCRLB來衡量多個(gè)已跟蹤目標(biāo)的跟蹤精度，并借助隨機(jī)分布的檢測(cè)粒子計(jì)算獲得傳感器對(duì)新生目標(biāo)可能出現(xiàn)區(qū)域的檢測(cè)覆蓋情況；然后，利用BPSO算獲得能夠zui大化跟蹤精度和檢測(cè)概率的*分配方案；zui后，根據(jù)*分配方案進(jìn)行粒子濾波與跟蹤融合。該算能夠根據(jù)目標(biāo)的被探測(cè)狀態(tài)為其分配合適的傳感器，實(shí)現(xiàn)新生目標(biāo)的及時(shí)檢測(cè)和已跟蹤目標(biāo)的持續(xù)跟蹤。另外，依據(jù)隱身目標(biāo)的雷達(dá)截面積具有方向性的先驗(yàn)信息，將所提方應(yīng)用到隱身目標(biāo)的協(xié)同跟蹤中。仿真實(shí)驗(yàn)證明了該算的有效性。

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