一種基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構的製作方法
2023-04-24 20:56:56
一種基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，包括：若干個傳感模塊，包括多個第一傳感節點、和第二傳感節點，第一傳感節點用於在感測移動目標進入探測區域後採集目標信號，提取移動目標的特徵信息，分析移動目標的特徵信息形成初級目標信息，傳輸初級目標信息至第二傳感節點，第二傳感節點將多個第一傳感節點傳輸的移動目標的初級目標信息進行移動目標匹配和關聯，並將關聯後的初級目標信息進行修正形成中級目標信息；控制模塊，用於綜合和校準中級目標信息，通過融合校準後的中級目標信息獲取到移動目標的態勢評估形成高級目標信息。本發明提升了無線傳感網的抗毀能力，延長了傳感網生命周期，增加了融合處理高級目標信息的可信度。
【專利說明】
一種基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構
【技術領域】
[0001]本發明屬於無線傳感器網絡【技術領域】，涉及一種無線傳感網架構，特別是涉及一種基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構。
【背景技術】
[0002]隨著無線網絡和傳感設備的高速發展，感知數據類型也迅速擴充，由原來單一的數據發展到音頻、視頻、圖像等多媒體信息，並由此產生了以傳統無線傳感網為基礎的無線傳感網絡。其節點一般裝備有多個具有採集、震動感測、聲音感測、加速度感測、溫度感測、方向感測、光強度感測等等功能的傳感器，它們一般部署在無人值守的環境，尤其是野外中自主地完成指定的任務，是一種能耗敏感的無基礎設施網。與只具有簡單環境數據採集功能的傳統無線傳感器網絡相比，無線傳感器探測系統能感知信息量豐富的音頻、視頻、圖像等多媒體信息，能實現細粒度、精準信息的移動目標信息的監測，可廣泛應用於戰場可視化監控、環境監測、安全監控、交通監控、智能家居、醫療衛生等領域。
[0003]而目前的無線傳感網中，無線傳感器探測系統多採用在不同地點布放不同種類的傳感器節點的方式來實施對目標進行區域監控，分類識別和實時跟蹤，而這些單一功能的節點得到的目標信息有限，在節點內無法得到目標的屬性和狀態，只能通過融合多個傳感器節點才能得知目標的屬性和運行狀態。為保證無線傳感網中節點的工作時間，不適合進行大批量數據傳輸，這種無線傳感網中，對多傳感器的融合處理只能選用決策級融合。這樣會導致傳感器節點處，損失掉大量有用的目標信息，對於後級融合來說，無法通過智能化的推理和決策算法來彌補。尤其，在惡劣的環境下，這種?目息損失是致命的。這對無線傳感網中傳感器節點的多功能複合化提出了需求。
[0004]因此，如何提供一種基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，以解決現有技術中的無線傳感器底層信息融合的準確度不高、無線傳感器網絡的魯棒性、抗毀性不高等種種缺陷，實已成為本領域從業者亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0005]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，用於解決現有技術中無線傳感器底層信息融合的準確度不高、無線傳感器網絡的魯棒性、抗毀性不高的問題。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，用於監測移動目標，包括:若干個傳感模塊，各該傳感模塊包括多個第一傳感節點、和第二傳感節點，所述多個第一傳感節點和第二傳感節點形成一探測區域；其中，所述第一傳感節點用於在感測到所述移動目標進入所述探測區域後採集所述移動目標的目標信號，預處理所述目標信號，提取所述移動目標的特徵信息，分析所述移動目標的特徵信息形成初級目標信息，並將所述初級目標信息傳輸至所述第二傳感節點，所述第二傳感節點用於將多個第一傳感節點傳輸的移動目標的初級目標信息進行移動目標匹配和關聯，並將關聯後的初級目標信息進行修正以形成中級目標信息；與所述傳感模塊連接的中繼傳輸模塊，用於與所述第二傳感節點進行通信以接收所述中級目標信息；與所述中繼傳輸模塊連接的控制模塊，用於接收所述第二傳感節點傳輸的中級目標信息，綜合和校準所述中級目標信息，通過融合校準後的中級目標信息同時獲取到所述移動目標的態勢評估，及根據所述移動目標的態勢評估形成高級目標信息。
[0007]可選地，所述第一傳感節點包括震動傳感器、聲音傳感器、圖像傳感器、第一信息融合單元、第一通信單元、定位單元；其中，所述震動傳感器包括震動感測單元和震動信號處理單元；多個所述聲音傳感器按照預定規則組成一多元聲陣列，所述多元聲陣列包括多元聲感測單元和多元聲信號處理單元；所述圖像傳感器包括圖像感測單元和圖像信息處理單元；所述震動感測單元、多元聲感測單元、和圖像感測單元分別用於感測和採集所述移動目標的震動信號、聲音信號、及圖像信息；所述定位單元用於獲取所述第一傳感節點內的預設參照物的絕對方位信息；所述震動信號處理單元和多元聲信號處理單元分別用於根據採集到的震動信號、聲音信號提取所述移動目標的聲震特徵信息，識別所述移動目標的目標類別，根據所述多元聲陣列獲取所述移動目標運行方向與所述預設參照物的相對方向角，將所述移動目標運行方向與所述預設參照物的相對方向角和所述定位單元提供的所述預設參照物的絕對方位信息結合估計出所述移動目標的實際運動方向；當獲取到所述移動目標運行方向與所述預定參照物的相對方向角時啟動所述圖像傳感器的圖像感測單元獲取所述移動目標的連續多幀圖像，及所述圖像傳感器的圖像信息處理單元提取所述移動目標的多維圖像信息、獲取所述移動目標的圖像特徵信息；所述第一信息融合單元用於融合所述移動目標的聲震特徵信息和圖像特徵信息、目標類別、實際運行方向，估計所述移動目標的運行狀態、形成初級目標信息；所述第一通信單元用於將所述初級目標信息傳輸至所述第二傳感節點。
[0008]可選地，所述第一傳感節點還包括用於感測移動目標所處環境氣候條件的、和獲取所述第一傳感節點傾角信息以確定所述震動傳感器和圖像傳感器的工作狀態的環境信息獲取單元、和用以感測所述第一傳感節點的能量損耗的能量感測單元；其中，根據所述環境信息獲取單元獲取到的環境氣候條件以判斷圖像質量。
[0009]可選地，所述第二傳感器節點包括第二通信單元、第二信息處理單元、及第二信息融合單元；其中，所述第二通信單元用於接收多個第一傳感節點傳輸的所述初級目標信息；所述第二信息處理單元用於匯聚所述初級目標信息，並將匯聚後的初級目標信息進行目標匹配和關聯，並將關聯後的信息進行矢量狀態及協方差修正；所述第二信息融合單元用於將修正後的初級目標信息進行時空融合以形成中級目標信息，並令所述第二通信單元將所述中級目標信息傳輸至所述控制模塊；其中，所述第一通信單元和第二通信單元具有自動調節自身發射功率的功能。
[0010]可選地，所述第二傳感節點還包括第二感測單元用於感測所述第二傳感節點的能量損耗；若感測到所述第二傳感節點的能量損耗達到耗盡閾值時，所述第二感測單元傳輸重新選舉第二傳感節點的指令，令所述第一傳感節點根據預定選舉規則選舉出新的第二傳感節點。
[0011]可選地，所述控制模塊包括第三通信單元、第三信息融合單元、第三信息處理單元、指揮控制單元、及存儲單元；其中，所述第三通信單元用於接收多個所述傳感模塊經所述中繼傳輸模塊傳輸的所述中級目標信息；所述第三信息融合單元用於將接收到的中級目標信息進行數據融合；所述第三信息處理單元用於對融合後得到的中級目標信息進行態勢分析和態勢預測以獲取高級目標信息；所述指揮控制單元用於根據所述高級目標信息發出指控命令至操作人員；所述存儲單元用於存儲所述高級目標信息。
[0012]可選地，所述中繼傳輸模塊還用於自動調節自身發射功率。
[0013]可選地，所述基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構還包括與多個所述傳感模塊和中繼傳輸模塊連接的節能管理模塊，所述節能管理模塊用於管理多個所述傳感模塊和所述中繼傳輸模塊的工作模式以優化配置所述第一傳感節點和第二傳感節點的工作狀態，和管理所述中繼傳輸模塊的發射方式。
[0014]可選地，所述多個第一傳感節點和所述第二傳感節點之間採用網狀網絡結構。
[0015]如上所述，本發明的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，具有以下有益效果:
[0016]第一，本發明通過在單體傳感器節點內集成了多種傳感器，具有多種傳感探測手段，在單體傳感器內可實現多種類探測信息數據級融合和特徵級融合，使底層傳感器得到的初級目標信息更準確，從而增加了上層融合處理中高級目標信息的可信程度。
[0017]第二，本發明通過將第一傳感節點和第二傳感節點組成一 Mesh網絡結構，提升了區域內節點間通信的可靠性，使鄰近節點得到的目標信息有效的參與到當前節點的融合處理中，使目標軌跡更精確，同時具有連續性。「第一傳感節點」和「第二傳感節點」可進行切換，提升了無線傳感網的抗毀能力，並通過節能管理和節點內信息融合處理單元的信息交互延長了傳感網生命周期。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1顯示為本發明的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構的原理結構示意圖。
[0019]圖2顯示為本發明的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構的實景示意圖。
[0020]圖3顯示為本發明的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構中傳感模塊的原理結構示意圖。
[0021]圖4顯示為本發明的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構中控制模塊的原理結構示意圖。
[0022]元件標號說明
[0023]I基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構
[0024]11傳感模塊
[0025]111第一傳感節點
[0026]112 第二傳感節點
[0027]113探測區域
[0028]1111 震動傳感器
[0029]1112 聲音傳感器
[0030]1113 圖像傳感器
[0031]1114 定位單元
[0032]1115第一信息融合單元
[0033]1116第一通信單元
[0034]1121第二感測單元
[0035]1122第二通信單元
[0036]1123第二信息處理單元
[0037]1124第二信息融合單元
[0038]12中繼傳輸模塊
[0039]13控制模塊
[0040]131第三通信單元
[0041]132第三信息融合單元
[0042]133第三信息處理單元
[0043]134指揮控制單元
[0044]125存儲單元
[0045]2移動目標
【具體實施方式】
[0046]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不衝突的情況下，以下實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
[0047]需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0048]實施例
[0049]本實施例提供一種基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構1，用於監測移動目標2，所述移動目標可以是一個可以為多個，例如、人、車輛等等，在本實施例中以車輛作為移動目標。本實施例所述的。請參閱圖1和圖2，顯示為基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構的原理結構圖和實景示意圖，所述基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構I包括若干個傳感模塊11、中繼傳輸模塊12、控制模塊13、及節能管理模塊14。
[0050]在本實施例中，所述傳感模塊11的數量為2個，所述傳感模塊11包括多個第一傳感節點111、和第二傳感節點112，所述多個第一傳感節點111和第二傳感節點112形成一探測區域113，所述探測區域也稱之為傳感場。其中，所述第一傳感節點111用於在感測到移動目標進入所述探測區域後採集所述移動目標的目標信號，預處理所述目標信號，對所述目標信息進行特徵提取以提取出所述移動目標的特徵信息，分析所述移動目標的特徵信息形成初級目標信息，並將所述初級目標信息傳輸至所述第一傳感節點112，在本實施例中，所述移動目標每經過一個第一傳感節點便將在該第一傳感節點處形成的初級目標信息傳輸至所述第二傳感節點112。所述第二傳感節點112用於將多個第一傳感節點111傳輸的移動目標的初級目標信息進行移動目標匹配和關聯，並將關聯後的初級目標信息進行修正以形成中級目標信息。以下將具體介紹一下所述第一傳感節點111和第二傳感節點112的內部結構。
[0051]請參閱圖3，顯示為傳感模塊的原理結構示意圖，所述第一傳感節點111包括多個震動傳感器1111、聲音傳感器1112、圖像傳感器1113、定位單兀1114、第一信息融合單兀1115、及第一通信單元1116，為了簡單，清楚描述所述傳感模塊的原理結構圖，圖3中僅示出一個震動傳感器1111、聲音傳感器1112、圖像傳感器1113、及定位單元1114。在本實施例中，所述移動目標進入第一個探測區域113時，如圖2所示，所述移動目標的運動軌跡為b — j — i — h,其中，b, c, d, e, f, g, h, i, j表示第一傳感節點111, a表示第二傳感節點112，其也稱之為簇頭節點。以下將詳細介紹所述第一傳感節點111的具體結構及其功能。
[0052]其中，所述震動傳感器1111包括震動感測單元和震動信號處理單元。多個所述聲音傳感器1112按照預定規則組成一多元聲陣列，所述預定規則可以是將多個聲音傳感器布設成三角狀、圓形狀等等。所述多元聲陣列包括多元聲感測單元和多元聲信號處理單元。所述圖像傳感器包括圖像感測單元和圖像信息處理單元。所述定位單元1114用於獲取所述第一傳感節點111內的預設參照物的絕對方位信息。在本實施例中，所述定位單元1114包括電子羅盤(指南針)和GPS定位器，所述電子羅盤用於獲取所述存儲在所述第一傳感節點111內預設參照物的絕對方向信息，所述GPS定位器用於獲取所述第一傳感節點111的地理位置信息。
[0053]所述震動感測單元用於感測和採集所述移動目標2的震動信號。所述多元聲感測單元用於感測和採集所述移動目標2的聲音信號。所述圖像感測單元用於感測和採集所述移動目標2的圖像信息。所述震動信號處理單元和多元聲信號處理單元分別用於根據所述震動感測單元和多元聲感測單元採集到的震動信號和聲音信號分別進行聲震特徵信息的提取，換句話說就是，所述震動信號處理單元和多元聲信號處理單元根據所述震動信號和聲音信號提取所述移動目標的聲震特徵信息，識別所述移動目標的目標類別，根據所述多元聲陣列獲取所述移動目標運行方向與所述預設參照物(所述第一傳感節點111中某一標記物)的相對方向角，將所述移動目標運行方向與所述預設參照物的相對方向角和所述電子羅盤提供的所述第一傳感節點111中預設參照物的絕對方向信息，第一傳感節點111的地理位置信息結合估計出所述移動目標2的實際運動方向；當獲取到所述移動目標與所述預定參照物的相對方向角時啟動所述圖像傳感器1113的圖像感測單元獲取所述移動目標2的連續多幀圖像，並通過所述圖像傳感器1113的圖像信息處理單元對所述連續多幀圖像進行提取以獲取所述移動目標的多維圖像信息、獲取所述移動目標的圖像特徵信息就是指獲取所述移動目標的細化類別、速度、距離、數量等信息，在本實施例中，多個所述圖像傳感器1113全方位360度採集所述移動目標2的圖像信息。在本實施例中，所述第一傳感節點111可根據所述移動目標的特徵信息獲取所述移動目標的類別例如為車輛。
[0054]所述第一傳感節點111還包括能量感測單元和環境信息獲取單元,所述能量感測單元用於感測所述第一傳感節點111的能量損耗。所述環境信息獲取單元用於實時感測移動目標所處環境氣候條件和獲取所述第一傳感節點111的傾角信息以確定所述震動傳感器和圖像傳感器的工作狀態。其中，所述第一傳感節點111根據所述環境信息獲取的那樣獲取到的環境氣候條件以判斷圖像質量。例如，在本實施例中，所述環境信息獲取單元包括加速度傳感器、溫溼度計、和光強度計。所述加速度傳感器可用於獲取第一傳感節點布設後的傾角信息，可得知震動傳感器、聲音傳感器、及圖像傳感器等是否能夠正常工作，同時可對所述多元聲陣列的移動目標的相對運動方向信息進行修正。所述溫溼度計和光強度計獲取所述第一傳感節點所處環境的溫溼度信息、光照信息以此獲取所述圖像傳感器獲取到的多幀圖像的圖像質量。
[0055]分別與所述多個震動傳感器1111、聲音傳感器1112、圖像傳感器1113、定位單元1114連接的所述第一信息融合單元1115用於將所述震動信號處理單元、多元聲信號處理單元、及圖像信息處理單元分析處理得到的所述移動目標的聲震特徵信息和圖像特徵信息、目標類別、實際運行方向，估計所述移動目標的運行狀態融合在一起以形成初級目標信息。在本實施例中，所述第一信息融合單元1115還用於計算所述第一傳感節點111與所述第二傳感節點112的距離，並根據第一傳感節點111與第二傳感節點112的距離控制第一通信單兀1116的發射功率。所述第一信息融合單兀1115可對震動傳感器1111和聲音傳感器1112的原始數據做數據級的融合，保留更多的有用聲震特徵信息，再結合圖像傳感器1113得到的移動目標的圖像特徵信息進行特徵級融合，可實現對目標精細化分類的目標，提升了單體傳感器情報信息的準確程度。
[0056]與所述第一信息融合單元1115連接的所述第一通信單元1116用於將所述第一信息融合單元1115產生的所述初級目標信息傳輸至所述第二傳感節點112。在本實施例中，所述第一通信單元為無線通信單元，且所述第一通信單元1116適用於短距離信息傳輸。在本實施例中，所述第一通信單元1116具有自動調節自身發射功率的功能。
[0057]在本實施例中，所述車輛作為移動目標研究對象，它分別經過b、j、1、h這四個第一傳感節點111，當所述移動目標行進到第一傳感節點的探測區域113範圍內就會形成各自的初級目標信息，並將形成的關於車輛的初級目標信息都傳輸給第二傳感節點112。
[0058]所述第二傳感節點112包括第二感測單元1121、第二通信單元1122、第二信息處理單元1123、及第二信息融合單元1124。其中，所述第二通信單元1121用於接收多個第一傳感節點，即本實施例中b、j、1、h第一傳感節點111傳輸的所述初級目標信息。
[0059]所述第二感測單元1121用於感測所述第二傳感節點112的能量損耗。若感測到所述第二傳感節點112的能量損耗達到耗盡閾值時，所述第二感測單元1121傳輸重新選舉第二傳感節點的指令至所述第一傳感節點111，令所述多個第一傳感節點111根據預定選舉規則選舉出新的第二傳感節點112。在本實施例中，所述預定選舉規則包括通過選舉算法推舉出一個新的第二傳感節點，或者採用第一傳感節點輪流充當第二傳感節點的工作方式，以實現多個傳感節點電量的平衡型。在實際的應用實例中，凡是具有選舉和推舉功能的算法均可達到本發明之目的均可採用。
[0060]與所述第二通信單元1122連接的所述第二信息處理單元1123用於將所述第二通信單元1122接收的所有初級目標信息匯聚起來，並將匯聚後的初級目標信息進行目標匹配和關聯，並將關聯後的?目息進行矢量狀態及協方差修正，獲取到聞質量、聞精確度的狀態估計，並保持對移動目標的連續跟蹤。在本實施例中，所述第二通信單元1122也為無線通信單元。且所述第二通信單元1122適用於短距離和長距離信息傳輸。在本實施例中，所述第二通信單元1122具有自動調節自身發射功率的功能。
[0061]與所述第二信息處理單元1123連接的所述第二信息融合單元1124用於將修正後的初級目標信息進行時空融合以形成中級目標信息，並令所述第二通信單元1122將所述中級目標信息傳輸至所述控制模塊13。
[0062]在本實施例中，所述多個第一傳感節點111和所述第二傳感節點112之間採用網狀(Mesh)網絡結構，這樣可有效實現傳感節點件的目標信息共享，更有效地促使鄰近傳感節點產生的信息參與到當前傳感節點產生的信息關聯中，有利於實現同批次移動目標軌跡跟蹤的連續性。Mesh網絡傳感節點間存在多條路由路徑，使互相通信的傳感節點間形成多條連接路徑，確保了傳感節點間信息傳輸的穩定性，Mesh網絡具有長傳輸距離和覆蓋連通區域大的優點，特別適合野外惡劣環境下工作的無線傳感網。
[0063]如圖2所示，所述中繼傳輸模塊12與2個傳感模塊11連接，所述傳輸模塊12用於與所述第二傳感節點112進行通信以接收所述中級目標信息，並將所述中級目標信息傳輸至所述控制模塊13。在本實施例中，所述傳輸模塊12可為中繼傳輸設備，其具有自動調節自身發射功率的功能。
[0064]與所述中繼傳輸模塊12連接的所述控制模塊13用於接收所有第二傳感節點112傳輸的中級目標信息，綜合和校準所述中級目標信息，融合校準後的中級目標信息以獲取所述移動目標2的態勢評估，及根據所述移動目標2的態勢評估形成高級目標信息。在本實施例中，所述控制模塊13可以為計算機終端，但並不局限於此，在實際的應用實例中，凡是具有融合和控制功能的終端設備均可達到本發明之目的，特此述明。請參閱圖4，顯示為控制模塊的原理結構示意圖，所述控制模塊13包括第三通信單元131、第三信息融合單元132、第三信息處理單元133、指揮控制單元134、及存儲單元135 ；
[0065]其中，所述第三通信單元131用於接收多個所述傳感模塊11經所述傳輸模塊12傳輸的所述中級目標信息。所述第三通信單元131適用於長距離信息傳輸。
[0066]與所述第三通信單元131連接的所述第三信息融合單元132用於將接收到的中級目標信息進行大批量、多層次的數據融合得到目標的態勢評估。
[0067]與所述第三信息融合單元132連接的所述第三信息處理單元133用於對融合後得到的中級目標信息進行中級目標信息的數據校準，態勢分析和態勢預測以獲取高級目標信息。所述態勢評估包括移動目標的態勢分析和態勢預測。所述態勢分析把包括實體合併，協同處理和協同關係分析，移動目標的實體分布和行動意圖等。態勢預測包括未來時刻移動目標的地理位置的預測和分布情況。所述第三信息處理單元133為指揮控制單元134實現指揮決策提供可靠依據。
[0068]與所述第三信息處理單元133連接的所述指揮控制單元134用於根據所述高級目標信息發出指控命令至操作人員。在本實施例中，所述第三通信單元131也會將所述指控命令通過所述第二通信單元1122發送至所述第一通信單元1116。
[0069]與所述第三信息處理單元133連接的所述存儲單元135用於存儲所述高級目標信息，即將感知到有用的信息進行存儲。
[0070]所述基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構I還包括與多個所述傳感模塊和傳輸模塊連接的節能管理模塊14，所述節能管理模塊14用於管理多個所述傳感模塊11和所述傳輸模塊12的工作模式以優化配置所述第一傳感節點111和第二傳感節點112的工作狀態，和管理所述傳輸模塊12的發射方式。所述節能管理模塊14能對處於工作狀態的傳感節點進行優化配置，從而延長所述基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構I中傳感網絡的工作時間。
[0071]在本實施例中，所述基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構獲取到的移動目標的目標信息分為3個等級，初級目標信息、中級目標信息、及高級目標信息，在數據融合過程中，隨著移動目標的目標信息級別的提升、推理邏輯和決策方法趨向於智能化、複雜化。
[0072]本實施所述的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構全方位、多層次的融合過程中，首先，多功能複合式傳感器「第一傳感節點」內各單元執行目標信號的採集，預處理，特徵提取與分析，節點內融合處理單元形成初級目標信息；其次，「第一傳感節點」融合得到的初級目標信息匯聚到「第二傳感節點」處，進行目標配對和關聯，關聯後的數據進行矢量狀態及協方差的修正，獲得高質量、精確的狀態估計，保持對目標的連續跟蹤，形成中級目標信息；最後，控制中心進行大批量、多層次的數據融合得出移動目標的態勢評估和威脅評估，形成高級目標信息，同時對感知到的有用信息進行存儲。
[0073]綜上所述，本發明所述的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構具有以下有益效果:
[0074]1、本發明通過在單體傳感器節點內集成了多種傳感器，具有多種傳感探測手段，在單體傳感器內可實現多種類探測信息數據級融合和特徵級融合，使底層傳感器得到的初級目標信息更準確，從而增加了上層融合處理中高級目標信息的可信程度。
[0075]2、本發明通過將第一傳感節點和第二傳感節點組成一 Mesh網絡結構，提升了區域內節點間通信的可靠性，使鄰近節點得到的目標信息有效的參與到當前節點的融合處理中，使目標軌跡更精確，同時具有連續性。「第一傳感節點」和「第二傳感節點」可進行切換，提升了無線傳感網的抗毀能力，並通過節能管理和節點內信息融合處理單元的信息交互延長了傳感網生命周期。
[0076]所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0077]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，用於監測移動目標，其特徵在於，包括: 若干個傳感模塊，各該傳感模塊包括多個第一傳感節點、和第二傳感節點，所述多個第一傳感節點和第二傳感節點形成一探測區域；其中，所述第一傳感節點用於在感測到所述移動目標進入所述探測區域後採集所述移動目標的目標信號，預處理所述目標信號，提取所述移動目標的特徵信息，分析所述移動目標的特徵信息形成初級目標信息，並將所述初級目標信息傳輸至所述第二傳感節點，所述第二傳感節點用於將多個第一傳感節點傳輸的移動目標的初級目標信息進行移動目標匹配和關聯，並將關聯後的初級目標信息進行修正以形成中級目標信息； 與所述傳感模塊連接的中繼傳輸模塊，用於與所述第二傳感節點進行通信以接收所述中級目標信息； 與所述中繼傳輸模塊連接的控制模塊，用於接收所述第二傳感節點傳輸的中級目標信息，綜合和校準所述中級目標信息，通過融合校準後的中級目標信息同時獲取到所述移動目標的態勢評估，及根據所述移動目標的態勢評估形成高級目標信息。
2.根據權利要求1所述的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，其特徵在於:所述第一傳感節點包括震動傳感器、聲音傳感器、圖像傳感器、第一信息融合單元、第一通信單元、定位單元；其中，所述震動傳感器包括震動感測單元和震動信號處理單元；多個所述聲音傳感器按照預定規則組成一多元聲陣列，所述多元聲陣列包括多元聲感測單元和多元聲信號處理單元；所述圖像傳感器包括圖像感測單元和圖像信息處理單元； 所述震動感測單元、多元聲感測單元、和圖像感測單元分別用於感測和採集所述移動目標的震動信號、聲音信號、及圖像信息； 所述定位單元用於獲取所述第一傳感節點內的預設參照物的絕對方位信息； 所述震動信號處理單元和多元聲信號處理單元分別用於根據採集到的震動信號、聲音信號提取所述移動目標的聲震特徵信息，識別所述移動目標的目標類別，根據所述多元聲陣列獲取所述移動目標運行方向與所述預設參照物的相對方向角，將所述移動目標運行方向與所述預設參照物的相對方向角和所述定位單元提供的所述預設參照物的絕對方位信息結合估計出所述移動目標的實際運動方向；當獲取到所述移動目標運行方向與所述預定參照物的相對方向角時啟動所述圖像傳感器的圖像感測單元獲取所述移動目標的連續多幀圖像，及所述圖像傳感器的圖像信息處理單元提取所述移動目標的多維圖像信息、獲取所述移動目標的圖像特徵信息； 所述第一信息融合單元用於融合所述移動目標的聲震特徵信息和圖像特徵信息、目標類別、實際運行方向，估計所述移動目標的運行狀態、形成初級目標信息； 所述第一通信單元用於將所述初級目標信息傳輸至所述第二傳感節點。
3.根據權利要求2所述的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，其特徵在於:所述第一傳感節點還包括用於感測移動目標所處環境氣候條件的、和獲取所述第一傳感節點傾角信息以確定所述震動傳感器和圖像傳感器的工作狀態的環境信息獲取單元、和用以感測所述第一傳感節點的能量損耗的能量感測單元；其中，根據所述環境信息獲取單元獲取到的環境氣候條件以判斷圖像質量。
4.根據權利要求2所述的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，其特徵在於:所述第二傳感器節點包括第二通信單元、第二信息處理單元、及第二信息融合單元； 其中，所述第二通信單元用於接收多個第一傳感節點傳輸的所述初級目標信息； 所述第二信息處理單元用於匯聚所述初級目標信息，並將匯聚後的初級目標信息進行目標匹配和關聯，並將關聯後的信息進行矢量狀態及協方差修正； 所述第二信息融合單元用於將修正後的初級目標信息進行時空融合以形成中級目標信息，並令所述第二通信單元將所述中級目標信息傳輸至所述控制模塊； 其中，所述第一通信單元和第二通信單元具有自動調節自身發射功率的功能。
5.根據權利要求4所述的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，其特徵在於:所述第二傳感節點還包括第二感測單元用於感測所述第二傳感節點的能量損耗；若感測到所述第二傳感節點的能量損耗達到耗盡閾值時，所述第二感測單元傳輸重新選舉第二傳感節點的指令，令所述第一傳感節點根據預定選舉規則選舉出新的第二傳感節點。
6.根據權利要求1所述的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，其特徵在於:所述控制模塊包括第三通信單元、第三信息融合單元、第三信息處理單元、指揮控制單元、及存儲單元； 其中，所述第三通信單元用於接收多個所述傳感模塊經所述中繼傳輸模塊傳輸的所述中級目標信息； 所述第三信息融合單元用於將接收到的中級目標信息進行數據融合； 所述第三信息處理單元用於對融合後得到的中級目標信息進行態勢分析和態勢預測以獲取高級目標信息； 所述指揮控制單元用於根據所述高級目標信息發出指控命令至操作人員； 所述存儲單元用於存儲所述高級目標信息。
7.根據權利要求1所述的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，其特徵在於:所述中繼傳輸模塊還用於自動調節自身發射功率。
8.根據權利要求7所述的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，其特徵在於:所述基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構還包括與多個所述傳感模塊和中繼傳輸模塊連接的節能管理模塊，所述節能管理模塊用於管理多個所述傳感模塊和所述中繼傳輸模塊的工作模式以優化配置所述第一傳感節點和第二傳感節點的工作狀態，和管理所述中繼傳輸模塊的發射方式。
9.根據權利要求1所述的基於多功能複合式傳感器的無線傳感網架構，其特徵在於:所述多個第一傳感節點和所述第二傳感節點之間採用網狀網絡結構。
【文檔編號】H04W84/18GK104302016SQ201410470218
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】陳鬱虹, 袁曉兵, 王詩成, 梁婷婷, 劉華巍 申請人:北京市信息技術研究所, 中國科學院上海微系統與信息技術研究所