3.3 目標(biāo)預(yù)測(cè)

　　目標(biāo)預(yù)測(cè)實(shí)質(zhì)是根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)或歷史記錄信息確定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征，然后結(jié)合目標(biāo)的當(dāng)前位置.速度等信息預(yù)測(cè)目標(biāo)未來(lái)的位置.如圖3 所示，假設(shè)目標(biāo)沿曲線L 運(yùn)動(dòng)，在ti – 1 時(shí)刻利用式（6）獲得目標(biāo)位置（xi- 1,yi-1），經(jīng)Δti=ti-ti-1后目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到位置（xi,yi），現(xiàn)需預(yù)測(cè)在目標(biāo)經(jīng)Δti+1=ti+1-ti后在ti+1時(shí)刻的位置的坐標(biāo)（xi+1,yi+1），位移為S.若能求得Δx 和Δy,則可預(yù)測(cè)（xi+1,yi+1）的值.

　　目標(biāo)運(yùn)動(dòng)在ti時(shí)刻的速度vi可以表示為：

　　¥78..

　　其中i為集合F中的項(xiàng)數(shù)，v0=v（‘ v’表示極值點(diǎn)的速度）.一般采集信息的頻率相同，所以各階段的Δtj相同，且等于采樣時(shí)間頻率.對(duì)頻率不同時(shí)，此方法照常使用.

　　目標(biāo)在ti時(shí)刻的加速度ai為：

　　利用目標(biāo)做直線運(yùn)動(dòng)的原理，設(shè)直線方程為yk = bxk + c,通過(guò)二乘法可以求出參數(shù)b 的值.因b 為直線的斜率，有：

　　3.4 目標(biāo)丟失的恢復(fù)策略

　　任何預(yù)測(cè)都不能達(dá)到與實(shí)際完全一致的軌跡，當(dāng)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)值偏離過(guò)大或目標(biāo)突然發(fā)生較大的變化（例如突然加速）時(shí)，致使當(dāng)前活動(dòng)節(jié)點(diǎn)不能監(jiān)測(cè)到目標(biāo)，這種現(xiàn)象稱為目標(biāo)丟失，需要有一定的目標(biāo)恢復(fù)策略盡早尋找到目標(biāo)以便重新跟蹤目標(biāo).目標(biāo)失蹤的區(qū)域可以分為兩種：

　?。?）目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到主簇頭和輔助簇頭監(jiān)測(cè)區(qū)域之外，預(yù)備簇頭監(jiān)測(cè)區(qū)域之內(nèi)；（2）目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到預(yù)備簇頭監(jiān)測(cè)范圍之外.

　　當(dāng)情況（1）發(fā)生時(shí)，主簇頭接收不到目標(biāo)的信號(hào)，它立刻發(fā)送目標(biāo)丟失的消息，若此時(shí)某個(gè)輔助簇頭和預(yù)備簇頭能接收到目標(biāo)信號(hào)，此時(shí)目標(biāo)并沒(méi)有失蹤，則選擇信號(hào)強(qiáng)的簇頭點(diǎn)作為主簇頭重新建立跟蹤體系；當(dāng)情況（2）發(fā)生時(shí)，說(shuō)明目標(biāo)已遠(yuǎn)離當(dāng)前活動(dòng)區(qū)域，此時(shí)以主簇頭為中心，逐跳喚醒簇頭和簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行跟蹤.若某個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到目標(biāo)的信息，則以該簇頭節(jié)點(diǎn)為主簇頭重新建立跟蹤體系.當(dāng)所有的簇頭節(jié)點(diǎn)都監(jiān)測(cè)不到目標(biāo)信號(hào)時(shí)說(shuō)明該目標(biāo)離開(kāi)監(jiān)測(cè)區(qū)域，恢復(fù)初始狀態(tài)，除哨兵節(jié)點(diǎn)之外，其余節(jié)點(diǎn)睡眠.

　　4 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

　　4.1 仿真環(huán)境

　　為了驗(yàn)證本文算法的有效性以及在定位和目標(biāo)丟失率方面的優(yōu)勢(shì)，利用Matlab 軟件對(duì)本文算法進(jìn)行仿真.仿真場(chǎng)景設(shè)置[2,7]為：在100 m×100 m的二維監(jiān)控區(qū)域內(nèi)隨機(jī)散布400 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，其中網(wǎng)格的邊長(zhǎng)為10 m,通信半徑r1為20 m,感知半徑r2為30 m;傳感器節(jié)點(diǎn)的初始能量E0均為1 J.設(shè)目標(biāo)做勻加速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡為無(wú)規(guī)則曲線，其中初速度v0 = 3 m/s,a = cos ti m/s2,采樣頻率為5 Hz,采樣時(shí)間為6 s.在此條件下分別對(duì)本文算法.宋超凡，董慧穎?；?a target="_blank">傳感器網(wǎng)絡(luò)的分段線性擬合跟蹤算法研.和任靜，熊慶寧。一種基于預(yù)測(cè)策略的目標(biāo)跟蹤算法研究[J]傳感中的算法進(jìn)行仿真.

　　4.2 跟蹤效果分析

　　圖4（a）為三種算法的運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤效果圖，在預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的運(yùn)用方面，本文算法利用一段內(nèi)趨勢(shì)相同的數(shù)據(jù)集合，目標(biāo)在一個(gè)簇內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集合，相鄰的前兩個(gè)數(shù)據(jù)信息，而且本文算法中采用二次定位，相對(duì)于定位更高，所以跟蹤效果顯示出明顯的優(yōu)勢(shì).圖4（b）為三種算法的殘差比較，更好地體現(xiàn)三種算法的跟蹤性能，本文算法具有較高的跟蹤.

　　當(dāng)目標(biāo)的速度或采樣的頻率改變后會(huì)使目標(biāo)采樣的個(gè)數(shù)隨之改變.仿真過(guò)程中改變運(yùn)動(dòng)速度和采樣頻率來(lái)研究不同采用個(gè)數(shù)時(shí)三種算法的目標(biāo)丟失率.設(shè)獲得的采樣個(gè)數(shù)分別為20.30.40.50.60.70.80,得表1 所示結(jié)果.

　　4.3 性能隨參數(shù)變化情況分析

　　目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)改變采樣個(gè)數(shù)，從而對(duì)跟蹤產(chǎn)生影響.在采樣頻率相同的前提下，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度越快，得到的采樣個(gè)數(shù)越少，致使跟蹤降低，特別在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到極值點(diǎn)處時(shí).圖5 為三種算法在不同速度時(shí)跟蹤的變化情況，可見(jiàn)速度越大誤差越大，但本文算法相對(duì)于其余兩種變化趨勢(shì)緩慢，具有較高的跟蹤.

　　分別取采樣頻率為{1.2.4.5.8.10.16}（Hz）時(shí)，觀測(cè)采樣頻率與目標(biāo)丟失率之間的關(guān)系.如圖6 所示，三種算法中當(dāng)采樣頻率增大時(shí)目標(biāo)丟失率均減小.由于本文算法在采樣個(gè)數(shù)較少的情況下也能很好地跟蹤目標(biāo)，并能預(yù)測(cè)目標(biāo)位置，并且由于本文引入有效的目標(biāo)恢復(fù)機(jī)制，所以目標(biāo)丟失率相對(duì)于其余兩種較低.

　　5 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)分析目前目標(biāo)跟蹤算法的不足，考慮到線性擬合跟蹤算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)中信息的利用不夠充分，基于簇結(jié)構(gòu)的算法只局限于簇內(nèi)預(yù)測(cè)，本文通過(guò)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)選取及多簇頭協(xié)作定位預(yù)測(cè)對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤.當(dāng)目標(biāo)丟失時(shí)為盡快地恢復(fù)跟蹤，提出有效的目標(biāo)恢復(fù)機(jī)制，算法仿真結(jié)果表明定位跟蹤有所提高.