[发明专利]一种基于蜂拥控制的移动传感器目标跟踪的方法

摘要

本发明提出了一种基于蜂拥控制的移动传感器目标跟踪的方法，包括以下步骤建立移动传感器网络，移动传感器网络是一个由N个相同节点组成的移动传感器网络，设MSN（Mobile Sensor Network）的运动学方程和MSN跟踪目标的运动学方程为，传感器节点的通信半径或观测半径为R，即传感器与的距离小于R的目标信息(包括位置、速度和加速度)都可以被观测到，传感半径为Rs，采用布尔传感器模型，传感器需要与目标之间设置安全距离，建立势能函数，设计ui控制律。本发明控制部分传感器节点，节省了控制成本。在安全性上，保护传感器与目标保持一定距离，设计了调节传感器和目标距离的势能函数。无需对每个传感器节点控制器都添加了保持距离的势能函数，成本更低。

主权项

一种基于蜂拥控制的移动传感器目标跟踪的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立移动传感器网络MSN，所述移动传感器网络是一个由N个相同节点组成的移动传感器网络，并用无向图用来表示；所述无向图由G＝(V,E,A)来表示，集合V＝{1,2,…,N}表示所有传感器节点，边集E＝{(i,j)|i,j∈V,i≠j}，用A＝[aij]∈RN×N表示节点之间的邻接关系，称之为邻接矩阵，其中aij≠0是(i,j)∈E的等价表示，所述节点i和所述节点j之间的距离越近，邻接权值aij就越大，相互的影响也就越大；当距离大于一定值时，相互的影响可以不计；步骤二：设MSN的运动学方程为：x·i=vi,v·i=ui---(1)]]>其中，i＝1,2,…,N；xi,vi,ui∈Rn分别是节点i的位置、速度和加速度控制输入，且vi,ui有界；步骤三：设MSN跟踪目标的运动学方程为：x·T=vT,v·T=uT---(2)]]>步骤四：传感器节点的通信半径或观测半径为R，即与所述传感器的距离小于R的目标信息都可以被观测到，传感半径为Rs，采用布尔传感器模型，所述目标信息包括位置、速度和加速度；所述布尔传感器模型，位于xi处的传感器检测到xT处目标的概率为：P(i,T)=1,||xi-xT||≤Rs0,||xi-xT||>Rs]]>所述节点i的单跳邻居集合为Ni＝{j|||xi‑xj||≤R}，且使用GPS定位系统的单跳通信使得传感器获知目标信息，若j∈Ni，那么所述节点i可以自身观测获取所述节点j的位置，速度和加速度的信息；步骤五：传感器需要与目标之间设置安全距离，建立势能函数：Ψ(z,r,δ)=∫z||r+δ||σψ(s,r,δ)ds]]>则有其中，z为传感器与目标间的实际距离，r为传感器与目标间的安全距离，δ为虚拟力的响应距离，s为节点i和节点j间的距离；步骤六：设计如下ui控制律，对于每个所述节点i：ui=hiuT-hic1(vi-vT)-hic2(x1-xT)+hiψ(||xi-xT||σ)xi-xT||xi-xT||σ+Σj∈Niaij(X)(vj-vi)+-Σj∈Niψ(||xi-xT||σ)xj-xi||xj-xi||σ---(3)]]>其中，c1,c2为正值；aij(X)为位置X处的节点i和节点j之间的邻接权值，Ni为节点i的单跳邻居集合；在所述ui控制律中，第一行为目标跟踪项，使能直接观测到目标的节点加速度和速度趋于目标加速度和速度，并且保证节点和目标之间的安全距离；第二行为MSN节点的速度一致性项；第三行为MSN节点的防碰撞项，通过邻居节点的协同，在群体速度趋于一致的同时，保证节点之间的距离，节点i为获知目标信息的节点时，hi＝1；否则，hi＝0。