宮浩鵬 周振雄

伴隨著通信技術、嵌入式計算技術和傳感器技術的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知能力、計算能力和通信能力的微型分布傳感器所組成的無線傳感器網(wǎng)絡因其潛在的廣泛應用引起了人們越來越多的注意。美國的《技術評論》雜志在論述未來新興十大技術時，將無線傳感器網(wǎng)絡列為第一項未來新興技術，《商業(yè)周刊》預測的未來四大新技術中，無線傳感器網(wǎng)絡也列入其中?？梢灶A計，無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展和應用，將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領域帶來深遠影響。

利用傳感器網(wǎng)絡來實現(xiàn)目標的定位是其重要用途。目標的定位有巨大的意義，在探測敵方目標的入侵，運動方向，以及探測事件發(fā)生地點方面起著重要作用，為后面的正確決策以及采取相應的措施提供了有力保證。用傳感器網(wǎng)絡來進行目標的定位，主要是運用網(wǎng)絡中的節(jié)點搜集到的關于目標的一些信息，并對信息進行一定的處理來得到目標的位置。目標定位是傳感器網(wǎng)絡最基本的功能之一，對傳感器網(wǎng)絡應用的有效性起著關鍵的作用。

目標定位的應用中，目標的數(shù)量往往大于1，例如：多目標跟蹤、實時監(jiān)視多個目標的行動路線、預測前進軌跡等。由此可見在傳感器網(wǎng)絡中，多目標定位對各種應用都有著重要的作用。因此，對傳感器網(wǎng)絡的多目標定位算法進行研究，設法提出定位快速并且準確的多目標定位算法是非常有必要的。

無線傳感器網(wǎng)絡中，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞方法是各節(jié)點不斷地把采集的原始數(shù)據(jù)傳送給一個數(shù)據(jù)處理中心。然而，由于數(shù)據(jù)量太大，節(jié)點電源將很快消耗殆盡。目前已有一些針對如何減少傳送數(shù)據(jù)量的研究，比如本地數(shù)據(jù)壓縮、傳送描述性數(shù)據(jù)代替實際數(shù)據(jù)和傳送查詢消息等。傳輸查詢消息的方法即網(wǎng)絡外部的某客戶節(jié)點向網(wǎng)絡發(fā)送查詢消息，網(wǎng)絡在完成消息處理后給客戶節(jié)點返回應答。通過精心設計消息處理算法，可以取得了很好的效果。傳感器網(wǎng)絡定位根據(jù)定位過程中是否測量實際節(jié)點之間的距離，可分為基于測距的定位和免于測距的定位。下面將列出目前目標定位算法的一些成果。

對免于測距的定位已經(jīng)有了以下研究：在文獻[1]中，提出了一種數(shù)學模型，這種數(shù)學模型確定了傳感器網(wǎng)絡在檢測目標以及沒有檢測目標的情況下傳感器網(wǎng)絡的生命期。文獻[2]提出了一種基于追蹤（tracking—based）的目標定位算法，該算法基于這樣一個事實：當目標在無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋的地理區(qū)域中移動時，其運動軌跡在時間和空間上都是連續(xù)的。一旦目標進入該區(qū)域，就已經(jīng)處于某個傳感器節(jié)點的監(jiān)測范圍中;當目標離開某個節(jié)點檢測范圍的同時，立即進入到其相鄰節(jié)點的監(jiān)測范圍中，直到目標離開傳感器網(wǎng)絡所覆蓋的地理區(qū)域。它利用目標的運動軌跡進行追蹤，首先找到一個曾經(jīng)監(jiān)測到目標的節(jié)點，然后利用相鄰節(jié)點間的本地消息跟蹤目標的運動軌跡。

對基于測距的目標定位已經(jīng)有了很多研究。對于單個目標的定位問題，已經(jīng)有大量的研究成果涌現(xiàn)。如利用接收信號能量采用質(zhì)心方法[3][4]或最大似然函數(shù)對目標進行定位[5][6];利用節(jié)點測得的DOA（Direction Of Arrival）信息采用最大似然估計對目標進行定位[7];利用節(jié)點測得的TDOA（Time Difference of Arrival）信息對目標進行定位[8][9];利用節(jié)點測得TOA（Time of Arrival）信息對目標進行定位[10][11]等。在存在多個目標的情況下，各個節(jié)點測得的參數(shù)之間缺少對應關系，從而需要首先完成參數(shù)配對，然后才能對各個目標進行定位。近幾年有研究者將傳感器網(wǎng)絡目標定位問題構建成優(yōu)化問題，多數(shù)算法目標參數(shù)測量值關聯(lián)關系已知為前提[12][13][14]。但實際應用中，往往由于目標的非合作性，各個節(jié)點不能獲得目標參數(shù)測量值的對應關系。對于未知關聯(lián)關系的多目標定位問題，最直接的辦法是對所有可能的配對關系進行計算，比較得出最合理的一種組合作為估計結果。但是窮舉法的運算量隨著節(jié)點數(shù)目和目標數(shù)目的增加呈指數(shù)增長的趨勢，例如，N個節(jié)點獲得K個目標的參數(shù)，可能的參數(shù)配對關系有KN種。因此，窮舉法的運算量限制了其在工程實際中的應用。

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