[发明专利]基于无线传感器网络的实时目标检测方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器技术领域，尤其是一种基于无线传感器网络的实时目标检测方法。

背景技术

无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)是流行于物联网概念下的重要组成部分，也是当前备受关注的热点研究领域。常见的无线传感器网络最基本的元素为传感器节点，这些节点通常以自组织方式结合形成网络。典型的传感器网络主体包括了传感器节点群、组织节点、以及汇聚节点，每个传感器节点都具备一定计算能力、存储单元、传感芯片和无线通信组件，能够对温度、湿度、光强、震动等信息进行采集和一定程度上的处理，不同节点间数据传递通过无线射频信号实现。在一个无线传感器网络中，传感器节点采用同一类型，具有成本低廉、体积小的特点。

目标检测是无线传感器网络的主要研究方向之一，目标检测在诸如安全监控、火灾抢险、军事反恐等方面拥有着越来越重要的应用。对网络中目标的检测定位是无线传感器网络目前最主要的应用方向之一，研究人员也已经积累了相对丰硕的经验，取得了一定的成绩。按照无线传感器网络的应用方法，可做如下归类：一种是利用可见光、红外射线对目标的运动进行感知，此时无线传感器网络仅仅充当了通信手段的作用。另一种则借助于发射射频信号进行目标感知，通过信号的到达时间/时间差（TOA/TDOA）（TimeOfArrival，TOA）、到达角度（AngleOfArrival，AOA）或接收信号强度值（ReceivedSignalStrength，RSS）等信息来进行目标的检测定位。将射频信号作为对目标的感知工具，其优越性主要表现为以下两个方面：1、无线传感器网络所基于的射频信号具有对一般障碍物的穿透能力，浓烟、墙壁及普通室内物品对信号的阻隔不再能够影响无线传感器网络对目标的检测。2、射频信号在环境中的传播与光照条件无关，如果将其与传统检测定位方法进行结合的话，可以拓宽应用范围和应用场合：

⑴在安全监控领域：对室内目标区域进行监测，实现目标入侵检测、目标数目估计、目标定位与检测。在隐私敏感的监控场所，基于射频信号的目标检测定位系统可以在监控区域获取目标位置信息而不侵犯被检测目标的其他隐私；另外，该系统可以作为传统跟踪方法的辅助补充，例如作为基于摄像头的监控系统的一部分，特别是在弱光、烟雾情况下，能显著提高监控系统的鲁棒性和精度。因此，该系统对于安保和军事应用有着重要意义。

⑵在紧急情况下的目标定位与跟踪：基于传感器网络的检测系统具有节点易布置、能透射一定厚度非金属障碍物的特点，在一些紧急情况下，可以完成目标区域的快速监控。例如，当火灾发生时，通过快速部署无线传感器网络，及时跟踪受困人员，可以减少搜救时间，降低受困者与营救人员的生命危险。

⑶在智能家居中的应用：可以根据布置的传感器节点所实时收集的目标位置信息来智能调节建筑物内空调的功率，走廊的灯光等设备参数与工作状态。其设备小巧功耗低的特点使得它能很好得在智能家居中得到应用。

由于基于TOA/TDOA与AOA的定位对目标所携带的发射接收设备的时间同步功能依赖性比较大，设备的性能对测量精度的影响较大，并且设备成本较高。而基于RSS的目标检测方法只需要获取射频信号的强度值，通过其良好的稳定性能带来高效率，加之各大厂商已生产了能测量射频信号RSS值的物美价廉的节点设备，所以，在室内目标检测中，基于RSS的目标检测方法常常是研究人员的首选方向。

RSS检测定位法最早采用的是有源定位，即被定位目标必须携带相应的通信终端设备，需要通过该终端与网络节点间进行数据交换来对信号进行相应的测量，根据他们之间信号的衰减情况来得到目标的位置信息。然而这一方法仅适用于很少的场合，因为在火灾等突发事件中，被检测定位的目标可能不会配合任何通信设备。人们更希望目标不携带通信终端设备便可以进行检测定位，为此提出了无源目标定位的概念。无源被动式定位（Device-FreePassiveLocalization，DFL）的主导思想是：链路间的RSS量测值会因为目标运动对链路的遮挡而发生改变，目标与空间链路的RSS量测值服从一定规律。但是，时至今日，在WSN研究领域，仍未有足够实用高效的无源检测系统能满足日常实际应用的需求。面临的难点主要有：1、真实的日常环境复杂多变，已提出的测量模型与检测系统很难应对这种环境变化。2、还未有高效的算法能满足实时系统的时延要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种精度较高、鲁棒性强且能够满足实时要求的基于无线传感器网络的实时目标检测方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：