協(xié)同目標跟蹤是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的應(yīng)用之一。由于感知、通信和計算等資源有限,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常依賴于傳感器調(diào)度平衡跟蹤精度、能量消耗及網(wǎng)絡(luò)生存周期。隨著能量收集技術(shù)的不斷發(fā)展,基于能量采集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也引起了人們的關(guān)注。該種網(wǎng)絡(luò)克服了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點電池能量的限制,理論上可以將網(wǎng)絡(luò)的生命周期擴展到無限長。然而,傳感器的能量采集能力畢竟有限,因此,如何在無限長生命周期上設(shè)計傳感器調(diào)度方案,為協(xié)同目標跟蹤提出了新的技術(shù)挑戰(zhàn)。另一方面,作為一個新興的優(yōu)化算法,自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃（Adaptive Dynami c Programming,ADP）融合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)評判設(shè)計、強化學習等技術(shù),為無限長生命周期上的優(yōu)化控制問題提供了一種有效的方法。本文面向能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同目標跟蹤,研究了如下幾種基于無限長生命周期上全局性能最優(yōu)化的傳感器調(diào)度方法:（1）面向單目標跟蹤問題,研究了基于ADP的多傳感器調(diào)度方法。利用擴展卡爾曼濾波估計和預測目標狀態(tài),結(jié)合跟蹤性能與能量消耗構(gòu)建性能指標,采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近最優(yōu)的性能指標,從而得到近似最優(yōu)控制策略。同時,給出了算法的最優(yōu)性分析。（2）面向單目標跟蹤... 

【文章來源】：北京科技大學北京市211工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖??４，５６

?文獻［２６］針對目標跟蹤問題，將節(jié)點感知數(shù)據(jù)誤差、剩余能量、能量消耗綜合??刻畫為信息質(zhì)量，并提出了一種信息質(zhì)量驅(qū)動的節(jié)點調(diào)度算法，以提高能量??利用率。??上述工作為ＷＳＮ的應(yīng)用與推廣打下了良好的基礎(chǔ)，但ＷＳＮ的真正大規(guī)??模應(yīng)用尚需解決低成本、小型化／微型化、安全性、能量供應(yīng)等多方面問題，??尤其需要解決能量供應(yīng)中的能量采集技術(shù)及其相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計問題。??１．１．２能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀??在ＷＳＮ中，節(jié)點通常采用電池為感知、處理和通信等工作提供能量（如??圖１－２所示）。但是，由于受到節(jié)點體積的限制，所配置的電池能夠提供的能??量是非常有限的，即使采用了低能耗設(shè)計方法，網(wǎng)絡(luò)的生存周期及其綜合性??能仍會受到很大限制。而且，頻繁更換電池往往是很繁瑣、昂貴、危險的，??特別地，傳感器節(jié)點經(jīng)常處在惡劣或人員難以到達的環(huán)境中，無法實現(xiàn)為每??個節(jié)點更換電池，所以絕大部分ＷＳＮ不能滿足長期工作需要，最大化網(wǎng)絡(luò)??生存期就成為ＷＳＮ中需要解決的重要問題［＇現(xiàn)有的相關(guān)研宄主要集中在兩??個方面：一是考慮能耗與網(wǎng)絡(luò)性能間的折中，通過犧牲部分性能獲取更長的??網(wǎng)絡(luò)生存期；二是對ＷＳＮ進行高效的能耗設(shè)計，包括低功耗硬件系統(tǒng)設(shè)計??與動態(tài)功耗控制等等，這些研宄取得了很大的進展，但還不能徹底解決網(wǎng)絡(luò)??持續(xù)工作的問題。??供電模塊??電池??????感知模塊?倍．＆處理模塊?無線通信模塊??傳感器?處理器?無線收發(fā)器??ＡＣ／ＤＣ?存儲器??圖１－２電池供電節(jié)點的典型結(jié)構(gòu)示意圖??－３?－??

?基于ＡＤＰ的能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)同目標跟蹤方法研究???近年來，隨著新材料、微電子學以及能量儲存和轉(zhuǎn)換等新技術(shù)的發(fā)展，??從環(huán)境中的各種能量源（如光能［２７］、風能［２８］、熱能［２９，３Ｇ］、電磁輻射［￣等）獲??取能量并轉(zhuǎn)換為電能的能量采集技術(shù)不斷出現(xiàn)。能量采集技術(shù)使得傳感器節(jié)??點能夠以較低的成本從環(huán)境中獲取能量，并存儲到能量存儲裝置中供節(jié)點使??用（如圖１－３所示），這樣可以在環(huán)境能量不穩(wěn)定的情況下，利用存儲的能量??為節(jié)點提供工作能量［３Ｗ４］，同時還可避免電池的不斷更換［３５］。??供電模塊??環(huán)境中的能????量，如太陽——＼?能量采集設(shè)備??能、風能、電Ｉ?Ｊ??ｎ???熱能、ＲＦ等?????能量存儲裝置??????感知模塊?信息處理模塊?無線通信模塊??傳感器?處理器?無線收發(fā)器??ＡＣ／ＤＣ?存儲器??圖１－３能量采集節(jié)點的典型結(jié)構(gòu)示意圖??理論上講，在環(huán)境能量可持續(xù)獲取的情況下，基于能量采集技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)??壽命是可以達到無限長的，此時網(wǎng)絡(luò)中的傳感器優(yōu)化調(diào)度中需要重點解決的??問題不再是網(wǎng)絡(luò)的生存周期的最大化，而是在給定的能量采集能力下最大化??網(wǎng)絡(luò)的性能［３６］。因此，在有限的節(jié)點能量采集能力下，能量采集理論及技術(shù)??的發(fā)展，為無限長生命周期上獲得高性能的目標跟蹤傳感器調(diào)度帶來了新的??挑戰(zhàn)。??目前己有文獻對能量采集建模１３７＿３９１、ＭＡＣ協(xié)議設(shè)計ｔ４ＩＭ４ｌ、傳感器調(diào)度與??信息質(zhì)量保證［４５４力等多方面進行了初步的研宄。下面將對這些相關(guān)工作進行??簡要的介紹。??首先，能量采集建模是對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化及管理的基礎(chǔ)，也是ＥＨＷ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能效優(yōu)化的自適應(yīng)節(jié)點選擇算法[J]. 楊伊,范馨月,周非,郭浩田.  傳感技術(shù)學報. 2019(11)
[2]傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式事件觸發(fā)多目標估計[J]. 張玲玲,張亞.  控制理論與應(yīng)用. 2020(05)
[3]多目標跟蹤中多傳感器分布式控制策略[J]. 陳輝,鄧東明,韓崇昭.  控制理論與應(yīng)用. 2019(10)
[4]多傳感器協(xié)同識別跟蹤多目標管理方法[J]. 龐策,單甘霖,段修生.  北京航空航天大學學報. 2019(08)
[5]Residential Energy Scheduling for Variable Weather Solar Energy Based on Adaptive Dynamic Programming[J]. Derong Liu,Yancai Xu,Qinglai Wei,Xinliang Liu.  IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2018(01)
[6]基于迭代神經(jīng)動態(tài)規(guī)劃的數(shù)據(jù)驅(qū)動非線性近似最優(yōu)調(diào)節(jié)[J]. 王鼎,穆朝絮,劉德榮.  自動化學報. 2017(03)
[7]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)目標跟蹤節(jié)點調(diào)度算法[J]. 盧旭,程良倫,羅世亮.  通信學報. 2015(04)
[8]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標跟蹤性能優(yōu)化及仿真[J]. 陳延軍,潘泉,王征.  傳感技術(shù)學報. 2015(04)
[9]基于評價網(wǎng)絡(luò)近似誤差的自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化控制[J]. 林小峰,丁強.  控制與決策. 2015(03)
[10]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 畢冉,李建中.  智能計算機與應(yīng)用. 2014(06)

博士論文
[1]基于自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃的幾類非線性時滯系統(tǒng)最優(yōu)化控制方法研究[D]. 宋睿卓.東北大學 2011
[2]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化控制研究[D]. 羅艷紅.東北大學 2008



本文編號：3626409