[发明专利]一种移动节点参数自适应轨迹预测方法

说明书

本发明涉及一种移动节点参数自适应轨迹预测方法，考虑节点在动态海况下受环境因素的影响，针对海上移动物标对定位方法的要求，充分考虑对多变环境的自适应，将信标节点的运动情况应引入节点运动轨迹预测；在确定运动轨迹后，基于改进型蒙特卡罗方法确定采样区域和样本点权重；利用未知节点运动过程中与一跳和两跳信标节点的相对位置信息为过滤条件，提高采样率和定位速率以及定位精度。本发明可根据环境变化建立起自适应的轨迹预测方法；有效利用海域信标节点运动情况预测未知节点运动轨迹，并结合运动特性提出改进型门特卡罗定位方法，能提高海上动态节点定位能力，提高海上搜救速率和成功率。

技术领域

本发明涉及海上搜救无线传感网领域，特别涉及一种移动节点参数自适应轨迹预测方法。

背景技术

经济的快速发展、对外贸易的不断拓展推动了海上交通运输等海洋事业的发展，海洋成为人类社会赖以生存和发展的重要依托。人们开发、利用、保护、管理海洋的力度不断增强，沿海国家已将发展海洋经济作为重要发展战略，我国处在由海洋大国向海洋强国迈进的关键时期。海上经贸迅速发展，海洋从业人员急剧增多，随之而来的海难事故和遇难人数也不断攀升，导致海上搜救与物标跟踪定位任务日益繁重。研究表明，落水人员在20℃海水中浸泡，最长存活16小时20分钟；在10℃海水中，最长存活2小时40分钟；而在0℃海水中，存活时间急剧下降，最长存活时间仅为12分钟。搜救时间极为紧迫，快速获取被搜救人员的位置、生命体征等相关信息显得尤为重要。

现行的搜救方法主要是出动大量搜救船舶、直升机等，而后利用人眼或者机械识别进行搜索。一些技术和设备如雷达、船舶自动识别系统(Automatic IdentificationSystem，AIS)、全球海上遇险与安全系统(Global Maritime Distress And SafetySystem，GMDSS)应用于海上搜救，在一定程度上提高了定位的成功率。然而，这些搜救设备仅能提供海事发生的位置，当搜救工作展开时，落水人员或物体已在风、流、洋等的作用下发生漂移，远离了初始位置。搜救人员需花费大量时间确定搜救范围，大大增加了搜救难度，降低了搜救成功率。若能获悉海上待搜救人员或货物等随海浪的运动轨迹，搜救机构能进行有目的的搜寻，从而减少搜寻时间、提高搜救效率。无线传感网(Wireless SensorNetwork，WSN)应用于海上搜救即可实现这一目的。

无线传感器网络是由具有感知、计算和无线通信能力的传感器节点自组织形成的网络。具有硬件成本低、传输功耗小、网络鲁棒性和扩展性强等诸多特点。涉及多学科交叉，是当今计算机信息领域新的研究热点。该技术的迅速发展为海洋信息的实时获取和高效传输提供了重要的技术支撑，为海洋环境监测、生物跟踪以及海洋物标搜救等相关应用与研究做出了强大的推动。它不仅可以用来监测风向、波高、潮汐、水温、光照、水质污染等与海洋相关的信息，还负责水下水声传感器网络的信息传输。然而，海上多恶劣天气，易发生大风大浪，洋流运动情况变化多端，使得海上人员或货物的运动高度动态，这对于海上无线传感器网络的应用，尤其是海上人员或货物定位是一个严峻的考验。

发明内容

本发明提供一种移动节点参数自适应轨迹预测方法，解决海上搜救无线传感网中节点定位时面临的高度动态等问题，可以提高海上动态节点定位能力，提高海上搜救速率和成功率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种移动节点参数自适应轨迹预测方法，其包含以下过程：

根据海域内所有信标节点的运动情况，线性拟合出其各自的运动相关性系数α，以均值作为所处海域运动相关性系数使所有信标节点根据系数对自身的系数α分别进行修正；

依据海域运动相关性系数对运动方程进行更新，确定运动轨迹；

将基于路由效率方向误差Δθ和基于节点速度误差Δs构建的加权区域叠加，提出改进型蒙特卡罗采样盒子，并结合运动轨迹确定样本点权值；

利用未知节点运动过程中与一跳信标节点和两跳信标节点的相对位置信息为过滤条件，确定重采样样本点。