TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.6, Jun e  201 4, pp. 4264 ~ 4 2 7 3   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i6.506 3          4264     Re cei v ed  No vem ber 5, 20 13; Re vised  De cem ber 3 1 ,  2013; Accep t ed Jan uary 2 4 , 2014   Resear ch on Warehouse Tar g et Locating and  Trackin g  Based on EKF and UKF      Bian Gua ng-rong*, Kon g  Fan-cheng,  Zha ng Hong -hai, Cao Jin - rong, Shi Hong- y a Dep a rtment of Aviatio n  Ammu nitio n , Air F o rce Co ll eg e of Service, XuZ h o u , JiangS u Provi n ce, Chi na,   227, Z hon gsh a n  road, GuL ou  District, Xu  Z h ou, Jian gSu pr ovinc e , P.R.China,   Postcode: 2 2 1 003, telp: + 8 6 1 895 22 018 90   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : 4497 39 01@ q q .com       A b st r a ct  T h is pap er pre s ents a new  locatin g  an d trackin g  metho d  based o n  W S N, EKF  and UKF .  T he  princi pl e of Lo cation a nd tra cking is a pply i ng maxi mu m l i keli ho od esti mati on a l gor ith m  of multil ater al   me asur e m ent  meth od t o  calc ulati ng th e co o r din a tes of th unkn o w n  no de.  Accordi ng to   mo nitori ng  mot i on   trajectory of th e sa me  unk no w n  target no de  w i thin  a c ontin uous  peri od  of  time, th moti o n  eq uati on c a n  b e   establ ishe d. When th e stat equ atio n of w a reho use tar get  tracking syst e m  is  no n-li ne a r , EKF and U K filterin g al gor ithm are  resp ec tively a p p lie d t o  acq u ir i n g  the  state esti mate  of the w a re ho use targ et  moti o n   equ atio n, so as to achieve th e effective tracki ng of w a reho u s e target.    Ke y w ords W S N, EKF , UKF, Locatin g, T r acking     Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Re cent a d va ncem ents of  micro sen s ors technolo g y have allo wed  a wi de  rang e of  Wirel e ss Se n s or Netwo r ks (WS N) im ple m entation s   to  be reali z ed.  WSN  are  use d  in mo nitorin g   and dete c tin g  informatio n of detecti on obje c ts i n  many types of ind u st rial an d mili tary  environ ment s. The info rma t ion is  sent t o  the  g a tewa y node, in  order to  re alize  monitori ng a n d   tracking  the t a rget i n  a  certain area. Wa reho use  targ et locali zatio n  and trackin g   system  co nsi s ts   of many wi reless  sen s o r  node s, tho s e nod es in cl ude b e a c on   node s a nd  u n kn own no d e s .   Beaco n  nod e s  ca n obtain  their pre c i s e l o cati o n  by ca rrying BDS (GPS) positio ning equi pme n t.  Beaco n  nod e s  are th e refe ren c e poi nt of unkn o wn no de location [1 ].  The un kn own  node  can  be  person nel, vehicl es , op eration ma chin ery and  other mobile   node s. By communi catin g  with n earb y  beacon  no des or  the unkno wn  no des whi c h a ve   acq u ire d  thei r own po sitio n  informatio n ,  t he unkn o wn node can  cal c ulate th eir o w n p o sit i on  according  to  a certain  lo cation al gorith m . The  pap e r  firstly esta b lishe d the  wareh o u s e ta rget  locatin g  and trackin g  syste m  model ba sed on WS N,  maximum like lihood e s tima tion algorithm  of  multilateral  m easure m ent  method i s  a p p lied to  cal c ul ating the  co ordinate s  of the  unkno wn n o de.  Acco rdi ng to  monitori ng m o tion traje c to ry of the  same  unkno wn target nod e with in a continuo us  perio d of time, the motion  equation  can  be esta b lish ed. Whe n  the  state equ atio n of wareho u s target trackin g  sy stem i s  n on-lin ea r, EKF and  UK F fil t ering  algo rith m are respectively applied  to  acq u irin g the  state e s tima te of the wa rehou se  ta rge t  motion equ ation, so a s   to achi eve the  effective tracking of ware h ouse target.       2. Backg rou nd    2.1. Problem Statemen Wa reho use t a rget  lo cating  and  tra c king   syst em  ba se d on  WS Ns i s   com p o s ed   of many  wirel e ss  sen s or no de s. These n ode s c ontain  b eacon n ode s an d u n kn own  nod es.  The   prop ortio n  of beacon no d e s in the net work is  small .  Beacon no des  can g e t their o w n p r e c ise  locat i o n  by  s o me me an su ch a s   ca rr y i ng  BDS (G PS) po sitioni ng eq uipme n t s. Beacon n ode are   the refe re nce   poi nts of unkno wn nod es  l o ca tion. A nd b e a c on  no des a r arran ged i n si de  an outsid e  the wareh o u s e eve n ly. The un kn own n ode can be a c tive  node s of pe rson nel, vehicl es  and ware hou se eq uipme n t s. By communicating wi t h  nearby be aco n  nod es  or the un kno w Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Re sea r ch on  Wa reho use T a rget Lo catin g  and Trackin g  Based o n  EKF and… (B i a n   G u a n g - r o n g 4265 node whi c have a c qui re d their o w positio n info rmation, the u n kn own no de s can  cal c ula t their own po sition accordin g to a certain  locatio n  algo rithm. As is sh own in Fig u re 1.    In te r n e t B e ac on  No d e U n kn ow Nod e Zi g b e e Ga t e w a y Zi gbe e Br i d g e Lo cat i n g  an d T r ac ki n g  S e r v er Zi gbe e Br i d ge Data ba se Se rv e r   Figure 1. Sch e matic Di ag ram of Wareh ous e Target Location an d Tra cki ng Syst em      2.2. Design  Analy s is of Ware hous e Targe t  Local ization an d Tracking Sy stem Based  on  WSN   The ba si c thought of wi reless sen s o r  net wo rks lo cali zation  ca n be re presented a s   follows. Som e  spe c ial n o des which o c cupy  ce rtai n propo rtion  are  depl oyed  in the  wi rele ss  sen s o r   netwo rks. T h is ki nd  of n ode wh ich  are calle d  beaco n  nod es also have  strong en ergy  and  can  be e quipp ed with  BDS(GPS)  p o sitioni ng sy stem, or can a c qui re thei r o w coo r din a tes  by other way s . By measu r ing the di sta n ce  a nd an gle betwe en u n kn own nod es an d bea con  node s, or d o i ng ce rtain  calcul ation a c cording to th e relative po sition relation ship, thei r o w coo r din a tes  can be worked  out [2].  The po sitioni ng prin cipl e of ware hou se target  loca lization an d trackin g  syste m  is to   cal c ulate the  coo r din a tes  of the unkno wn no de s wi th node p o sit i on cal c ul atio n method. T he  maximum likelihoo d estim a tion metho d  of the multila teral mea s u r ement is  use d  to cal c ulate  the  coo r din a tes o f  the unkno wn node s [1].  The multilate ral mea s u r eme n t method i s   often appl i ed t o  cal c ul ating t he coordinate s  of the  unkno wn nod es. As sh own in Fig.2, there are n refe ren c e node s M 1 (x 1 ,y 1 ),M 2 (x 2 ,y 2 ),…,M n (x n ,y n )  ,   a nd  their  distan ce  t o  un kn own n o de  N i s   re spe c tively r 1 (t),r 2 (t), …,r n (t).We  set  the coo r dinate s  of  N a s  (x  (t),  y  (t)).Th en the coordi nate s  sati sfy Equation (1).       M 1 M 4 M 5 M n M 2 M 3 N   Figure 2. Sch e matic Di ag ramof Maximu m Likelih ood  Estimation al gorithm of Mu ltilateral  Measurement  Method       Equation (2) can be a c qui re d by the ma ximum likeli hoo d estimation m e thod.     ) ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ( ) ) ( ( ) ) ( ( 2 2 2 2 1 2 1 2 1 t r y t y x t x t r y t y x t x n n n                                       (1)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 6, June 20 14:  4264 – 4 273   4266 ) ( ) ( ) ( 2 ) ( 2 ) ( ) ( ) ( 2 ) ( 2 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 t r t r y y y y y x x x x x t r t r y y y y y x x x x x n n n n n n n n n n n n n n n                                        (2)     Applying syst em of linear e quation s it can be expressed a s   ) ( ) ( t b t AX , where:    ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 1 1 1 1 n n n n n n y y x x y y x x A   ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 t r t r y y x x t r t r y y x x t b n n n n n n n n n   ) ( ) ( ) ( t y t x t X     Whe r e x(t) re pre s ent s co ordinate s  of un kno w n n ode  N on x dire ction at time t;  y(t) rep r e s ent s co ordi nate s  of unkno wn  node  N on y dire ction at time t;  r n (t) re present s the dista n ce from refe re nce n ode M n   to unkn o wn n ode N at time  t.  The  co ordi na tes of  the  no de  can  be   acq u ire d  by   stand ard  mini mum m ean  varian ce  estimation m e thod.   The co ordinat es is:     ) ( ) ( ) ( ˆ 1 t b A A A t X T T                                                ( 3 )     Wa reho use target tra c kin g  based on  wirel e ss sen s or n e two r ks is applying  wirel e ss  sen s o r  netwo rk to monito r, identify and track m o vin g  wareho use  target within  the monitori n g   area. Wareh ouse target  tracking  syst em can m o n i tor motion chara c te risti c s information  o f   wareho use t a rget  an wa reho use ta rg et  attribut e information in real time. From the acqui ri ng  pro c e s s of po sition a nd vel o city of the m obile tar gets,  it must be th a t  mult iple sen s or nod es wo rk  together to  co mplete the target tracking.           Figure 3. Sch e matic Di ag ram of Wa reh ouse Target Tra cki ng Prin ciple   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Re sea r ch on  Wa reho use T a rget Lo catin g  and Trackin g  Based o n  EKF and… (B i a n   G u a n g - r o n g 4267 Wa reho use target tra c kin g  is essential l y a es timate problem of h y brid system,  in other  words, it is a pplying di screte sen s o r  m easure m ent s to estimate the targ et's  continuo us  sta t e ,   the p r inci ple i s   sho w n  in  Fi gure  3.  Re sid ual i s  the  differen c e  bet we en the  sen s o r  me asure m e n and the stat e predi ction  value. Acco rding to ch a n ges of the resid ual vecto r , the maneu ve r   detectio n  an d  mane uver id entificati on  are co ndu cted.  In acco rda n ce wi th  c e r t a i c r iter ia  o r   logic ,   the motion  chara c te risti c s of the target s can be i d e n tified in re al time. By the  filtering alg o ri thm  the value  of state estimate   and p r e d ictio n  of t he ta rg e t  can  be  obtai ned. Th erefore, the e s senti a fa c t o r s  o f  the w a r e ho us e  ta r g e t  tr ac k i ng  co ns is of the mo delin of wa reh o u s e targ et moti on   model, targ et locatin g , targ et reco gnition  and filtering  algorith m s.       3. The War e house Ta rge t  Trackin g  Resear ch Bas e d on EKF a nd UKF   Curre n tly, the most  com m on no nline a r filt erin g al gorithm i s  E x tended Kal m an filter  (EKF) a nd  Unscente d  Kal m an filter  (UKF). EKF  ha s a fe disa dvantage s, in cludi ng that f i rst- orde r line a ri zation accu ra cy is low a n d  it need to calcul ate the  Ja cobi an mat r ix of nonline a function, whi c h ea sily cau s e that EKF nume r ic al sta b ility is poor  and even  divergin g. UKF  is  based on UT   tran sformati on,  which  a p p ly the frame w ork of Kalm an  filter an UT tran sform  to  dealin g with the nonline a r transmi ssion  of the mean and cova ria n ce for o ne  step predi ctio equatio n, rather than ap ply approxim ating nonli n e a r functio n . It need not to calculate the  Ja cobi an mat r ix by derivation.    3.1. Extende d Kalman Filter (E KF) o f  Nonlinear  Discre t e Sy stem  Comp uting m odel of EKF is as follo ws:  (1) Predi ction  equation     ) , , ˆ ( ˆ ˆ 1 1 1 1 1 1 1 , 1 k k k k k k k k k k q u x f U x Φ x                              (4)     ) , ˆ ( ˆ ˆ 1 1 1 k k k k k k k k k k r x h y x H z                                               ( 5 )     (2) State e s timation     ) ( ˆ ˆ 1 1 k k k k k k k z z K x x                                                              (6)     (3) Filter gain matrix    1 1 1 ) ( T k k k T k k k k T k k k k Λ R Λ H P H H P K                                     (7)     (4)  O n e - step predi ction co varian ce  eq u a tion     T k k k k k T k k k k k k k 1 , 1 1 , 1 , 1 1 , 1 Γ Q Γ Φ P Φ P                                       (8)     (5) Filte r  cov a rian ce     1 ) ( k k k k k P H K I P                                                                             (9)    Acco rdi ng to (4) to (9), as l ong a s  the ini t ial values of  0 ˆ x   and   0 P   are giv en, according   to the me asurem ent valu k z  at time k,  the  state e s timation k x ˆ c a b e  fig u r e d ou t b y  th recursive alg o rithm at time  k.    3.2. Unsce nted Kalman F ilter (UKF Differing fro m  EKF, by  the un scente d  tr ansfo rma t ion UKF ca n make the  nonlin ear  system eq uat ions a pply to stand ard Kal m an filter ing  system un de r the linear hy pothe sis, rath er   than EKF ach i eve recursiv e filtering by lineari z in no nlinea r functi on. UKF is a  kind of no nlin ear  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 6, June 20 14:  4264 – 4 273   4268 gau ssi an  sta t e estimato r ba sed  on  minimum va rian ce  estim a te criteri on,  It can  bett e approximate  the nonline a r characte ri stics of  the sta t e equation t han EKF, and has a hig h e estimation a c curacy while  the orde r of cal c ulatio n amount is a s  same a s  EKF, thus it arouse s   the wide sp re ad attention.   Assu ming tha t  nonlinea r ga ussian  syste m  state equat ion and me asurem ent equ ation  are respec tively as  follows:    ) , ( ) , , ( 1 1 1 1 k k k k k k k k k v x h z w u x f x                                      (10)    Whe r e the p r ocess n o ise   k w  and mea s urem ent noi se k v are all  un co rrel a ted  zero  mean white Gau ss n o ise, thei r cova ria n c e are re sp ectively k Q and  k R UKF filter algorithm s t eps   are as  follows:  (1) T he stati s tical prope rtie s of  the initial state are as f o llows:       0 ] , [ 0 ] , [ ] ) ˆ ( ) ˆ [( ) , ( ) ( ˆ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 k k T E E E Cov E v x w x x x x x x x P x x                            (11 )     (2) T he expa nsio n state vector of  the  system is expressed a s  follo ws:     k k k T a k a k a k a k a k T T k T k T k a k E R Q P x x x x P v w x x ] ) ˆ )( ˆ [( ] ˆ [                     (12)    (3) Tim e ’s u p dating     n k n n W n W x c x m ) ( ), 1 ( , 2 2 ) ( 0 ) ( 0        (13 )     x x c i m i n i k n W W 2 , 2 , 1 , ) ( 2 1 ) ( ) (                           (14 )     Without  con s i derin g the in put functio n , weig ht  i W  can  be calcul ated  by Equation  (13 )   and Equatio n  (14), the r e are:    ) , , ( 1 1 1 1 w x x x u x x k k k k k f                                          ( 1 5 )     x x x 1 , 2 0 ) ( 1 ˆ k k i n i m i k k a W                                            (16 )     T k k k k i k k k k i n i c i k k a W ] ˆ ][ ˆ [ 1 1 , 1 1 , 2 0 ) ( 1 x x x x P x x                                 (17 )     ] , [ 1 1 1 v x x x h z k k k k k k                                                             (18)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Re sea r ch on  Wa reho use T a rget Lo catin g  and Trackin g  Based o n  EKF and… (B i a n   G u a n g - r o n g 4269 1 , 2 0 ) ( 1 ˆ k k i n i m i k k a W z z                                                                   (19)    (4) Me asure m ent’s up dati n g     T k k k k i k k k k i n i c i a k k k k W ] ˆ ][ ˆ [ 1 1 , 1 1 , 2 0 ) ( ˆ ˆ 1 1 z z z z P z z                   (20 )     T k k k k i k k k k i n i c i a k k k k W ] ˆ ][ ˆ [ 1 1 , 1 1 , 2 0 ) ( ˆ ˆ 1 1 z z x x P x z x               (21 )     1 ˆ ˆ 1 ˆ 1 ˆ 1 1 k k k k k k k k k z z P P K z x                                                          (22)    ) ˆ ( ˆ ˆ 1 1 k k k k k k k z z K x x                                                  (23)    T k k k k k k k k k K P K P P z z 1 1 ˆ ˆ 1 ˆ                                                  (24)    At this p o int,  the filtering   state an d the  vari an ce  of  UKF at time  are  obtain ed.  As th function val u es by  Un scen ted Tra n sfo r mation a r n o t be line a ri zed, not ign o ri ng its hi ghe r-orde terms, avoi di ng the  cal c u l ation of ja cobian m a trix  (linea r), thu s  the e s tima te of mean  and  covari an ce a c qui red by UKF are mo re  accurate than  EKF method.      4. Simulation Analy s is a nd Comparis on of EKF a nd UKF   4.1. Precision Compariso n  of EKF an d UKF in th e  Case o f  Non linearit y   We a s sume t he motion ch ara c teri stics  of ware hou se  targets a r e d e scrib ed a s  the non - linear  system  model, whi c h  are sh own in  the following:   State equatio n:    k k k k x k k k k k k x x x e x x x x x k w x 1 1 1 6 ) ( 8 cos 3 , 3 , 2 , 1 , 1 , 2 1 , 3 1 , 2 1 , 1 1 , 3                      (25 )     Measurement  equation:     k k k k k x x x v z , 3 , 2 , 1 2                                                    (26 )     W h er k w  an k v  are  Ga ussian  white  noi se a n d  their con s tant stati s tica cha r a c t e ri st ic s are a s  f o llo ws:     0 . 1 5 . 0 7 . 0 , 3 . 0 R r Q q                         (27 )     The the o retical initial valu e of line a r system form ul a (2 5)  and  (26) i s   assu med a s   follows    T 1 1 6 . 0 0 x                                        (28 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 6, June 20 14:  4264 – 4 273   4270 Mean while th e initial value of the  state estimation is  set as follows:     I P x 0 0 0 ˆ                                                 (29 )     And  0 ˆ x  ,  k w  and k v  is not relevant.   UT t r a n sf o r m  sy mmet r i c  s a mpling  st r a t egy  is  ap plie d to the sim u lation, pro portionality  coeffici ent  6 . 0 k EKF and  UKF are  re spe c tively applied  to estimatin g  the sy stem  state,  Figure 4 and  Figure 5 are  the estimation cu rves of  nonlin ear sy stem state in the ca se of two  kind s of algo rithm, Figure  6 and Figu re 7 de scri be  the simul a tio n  diag ram of  estimation e rro and mea n  sq uare e r ror in t he ca se of UKF and EKF resp ectively.      Figure 4. The  Estimation Value of Tra c ki ng  State under E K F Algorithm   Figure 5. The  Estimation Value of Tra c ki ng  State under  UKF Algorith m             Figure 6. Estimation Error  unde r the EKF and  UKF Algorith m   Figure 7. Mean Squa re Error u nde r the EKF  and UKF Alg o rithm       From Fi gure  4 to Figu re 7,  we  can  see  easily , the val ue EKF estim a tes  system  state is  bet t e r in  som e  ca se s,  st at e est i mat i o n   err o r i s   sm all, but som e times the  state e s timation e r ro r is  large, an d the  state estimat i on mean vari ance ac cum u lates ra pidly with time, because the EKF’s  poste rio r  me an and va ria n ce  of nonli near  syste m  state ca n o n ly rea c h first ord e r T a ylor  approximatio n. In the  cou r se  of filte r in g the  no n line a system  formula  (25 )   an d (26),  this first   orde r ap pro x imation pre c isi on is hi gh at som e  point, can  meet the pra c tical  system  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Re sea r ch on  Wa reho use T a rget Lo catin g  and Trackin g  Based o n  EKF and… (B i a n   G u a n g - r o n g 4271 requi rem ents,  and at  som e  point it is  re ally poor   whi c h m a ke  EKF state e s tim a tion erro r la rge,  and even div e rgin g, while  UKF ca n mai n tain effect ively tracking t r ue valu e of the targ et state,  estimation  a c cura cy i s  b e tter than  EKF, becau se  UKF  can  a ppro a ch p o st erio r me an  and   cov a ri an ce  o f   nonline a r Gau ssi an sy st em st at at the a c curacy of  se co nd-o r d e r T a ylor  approximatio n, this is the prima r y rea s o n  t hat UKF filtering a c cu ra cy is better tha n  EKF.    4.2. Precisio n  Comp aris on of E K a nd UKF in  th e Ca se o f   th e Disc ontinu ous Situa t io n of   Nonlinear Sy stem Sta t e E quation   We a s sum e   the motion  chara c te risti c s of  wa reh o u s e ta rget s a r e de scribe as the  nonlin ear  system model, which a r e sho w n in the follo wing:   State equatio n:    k k k k k x k k k k k k x x x x e x x x x x k w x 1 1 1 3 6 ) ( 8 cos 3 , 1 , 3 , 2 , 1 , 1 , 2 1 , 3 1 , 2 1 , 1 1 , 3                         (30 )     Measurement  equation:     k k k k k x x x v z , 3 , 2 , 1                                                  (31 )     The  k w  and  k v  are  gaussia n  whi t e noise, an d their co nsta nt statistical p r o pertie s  are  as  follows     0 . 1 5 . 0 7 . 0 , 3 . 0 R r Q q                                   (32 )     The theo retical initial value of linear syst em formula  (30) an d (3 1) i s  assu med a s   follows    T 1 1 6 . 0 0 x                                                    (33 )     Mean while th e initial value of the  state estimation is  set as follows:     I P x 0 0 0 ˆ                                                       (34 )     And  0 ˆ x  ,  k w  and k v  is not relevant.   UT t r a n sf o r m  sy mmet r i c  s a mpling  st r a t egy  is  ap plie d to the sim u lation, pro portionality  coeffici ent 6 . 0 k .   EKF and  UK F are respe c tively applied   to estima tin g  the  sy stem stat e, Figu re 8  sh ows  the e s timatio n  curve  of the sy stem  sta t e unde UK F filtering  alg o rithm, Fig u re 9  sho w s t h e   estimation  cu rve of the system stat us u n der EKF filteri ng algo rithm.   We can see  from Figure  8, when th e state  equ a t ion sho w n i n  formula  (3 0) is n o differentiabl e  at some  po int, UKF  re mains effect i v e trackin g  f o r the  state   cha nge s, thi s  i s   becau se  UKF  nee d not to   cal c ulate  the  Ja cobi an m a trix, so it i s   su itable for no n linear sy stem filtering  while  the state fu nction i s  di scontin uou s o r  no n-diffe re ntiable, while  EKF req u ires  nonlin ear fun c tion should  be contin uou sly and differ entiable whe n  it calculate  Ja cobi an mat r ix.  Therefore, E K F failed to f ilter the  nonli near sy st em  state  su ch a s  formul a (30) and  (3 1). A s  is  sho w n in Fi g u re 9, when  the sampl e  numbe r is  more tha n  2 50, EKF has been un abl e to   pro c ee d, pro bably be cau s e at some poi nt it can't  solv e the Ja cobi a n  matrix of formula (3 0).       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 6, June 20 14:  4264 – 4 273   4272     Figure 8. The  System State Estimation  Curve  unde r UKF Fi ltering Algo rithm  Figure 9. The  System State Estimation  Curve  unde r UKF Fi ltering Algo rithm      5. Conclusio n s and rec o mmendation The pa per firstly establi s h ed the ware h ouse  targ et locatin g  and t r ackin g  sy ste m  model  based on wi reless sen s or networks. Whe n  the  st ate equation  of wareh o u s e targ et tra cki ng  system  is no n-line a r, EKF  and  UKF  filtering  alg o rith m are  re spe c tively applied  to a c qui ring   the  state estim a te of the syste m  and sim u la tion analysi s .   Simulation re sults  sh ow th at, the value EKF estimate d target tracking state i s  b e tter in  some   cases,   state e s timati on e r ror is small, but   so metimes the  state e s timati on e r ror is la rge,  and the  stat e estimatio n   mean va rian ce a c cumul a tes  rapidly  wi th time, because the EK F’s  poste rio r  me an and va ria n ce  of nonli near  syste m  state ca n o n ly rea c h first ord e r T a ylor  approximatio n, this first o r de r ap proximation p r e c i s ion  i s  high at  som e   poi nt,  can meet   the  pra c tical  syst em requi rem ents, and at  some poi nt it is really  poor  whi c h make s EKF state   estimation  error la rg e, an d even diverging, whil UKF can ma intain effectively tracking t r ue   value of  the t a rget  state,  e s timation  a c cura cy i s  b e tter th an EKF,  be cau s e  UK F can  app roa c h   poste rio r  me an a nd  cova ri ance of n onli near Ga ussi a n  sy stem  state at t he accu racy of  secon d - orde r Taylo r   approximatio n, this is the  fundame n ta rea s on th at UKF filtering a c cura cy is  be tter   than EKF.  Whe n  the wareho use target tra c kin g   system  state equatio n is nonli n ear a nd  discontin uou s EKF and UKF filtering algorithm a r e resp ectively a pplied to a c q u iring the  sta t e   estimate of  the system.  S i mulation re sults sho w   th a t, when  the  state equ ation  of the  syste m  is  not differentia ble at some p o int, UKF re mains e ffe ctive tracking of t he state chan ges, while EKF  filtering algo ri thm has faile d and even u nable to filter.      Referen ces   [1]  Xu  Yi. Princ i p l e an d Meth od  of W i reless S e nsor N e t w orks.  BeiJi ng: T s ing hua  Univ ersit y   Press. 201 2:  65-7 5 .   [2]  Z hao  Lin,  et a l . Non lin ear  S ystem F ilteri ng  T heor y .  Be iJin g: Nati on al  De fense In dustr Press. 20 12 :   101- 138.   [3]  Juan  Ch ól iz, Á nge la  Her nán d e z, Anto nio  Va ldovi nos. A  F r ame w ork  for  U W B-Based  Co mmunicati o n   and L o cati on T r ackin g  S y ste m s for W i reless Sensor Net w orks.  Sensors . 201 1; 11: 904 5 - 906 8.  [4]  Matthias R Brust, Mustafa  Ilh an Ak bas, D a mla T u rgut.  Multi-hop locali z a t i on syst em for  envir onm e ntal  mo nitori ng  in  w i reless se ns or an d actor  netw o rks.   Con c urrenc y and Comp utation: Practice  a n d   Exp e ri ence. 2 0 13; 25: 70 1-71 7.  [5]  Min- Xio u  C h e n ,  Yin-Di n W a n g . An effici ent  locati on track i n g  structure for   w i re less s ens or net w o rks .   Co mp uter Co mmu n ic ations . 2 009; 32: 1 495- 150 4.  [6]  Bian Gua ngr o ng, Li Ho ngs h eng, He n i n g h u i. Mu lti-se nso r  Data Proces sing a nd F u si ng Base d on   Kalma n  Filterin g . TELKOMNIKA.  2013; 11( 3 ) : 1266-1 2 7 7 [7]  Youn g w o n  Ki m An, Seong- Moo Yoo, Ch a ngh yu k, etal . Dop p ler effect on target track i ng in  w i rel e ss   sensor n e t w ork s . Computer C o mmunic a tio n s .  2013; 36: 83 4 –84 8.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Re sea r ch on  Wa reho use T a rget Lo catin g  and Trackin g  Based o n  EKF and… (B i a n   G u a n g - r o n g 4273 [8]  F adi M A l -T urjman, Hoss am  S Hass an ein,  Moham ed  A I bnka h la. Effici ent d epl o y me n t  of  w i re less   sensor n e t w ork s  targeting e n vi ronme n t monit o rin g  app licati o ns.  Computer Co mmun icati o ns.  2013; 36:   135- 148.   [9]  T z ung-Shi Che n , Hua-W en T s ai, Yu-Hsin C h ang, et al. Geo g rap h ic conv er gecast usi ng m obil e  sink i n   w i rel e ss sens o r  net w o rks. Co mputer Comm unic a tions. 2 0 1 3 ; 36: 445- 458.   [10]  Jun L i u,  Xu em ei R en, H on g b i n Ma. Ad aptiv e s w arm  opti m izatio n for l o cating  an d tra cking m u ltip le   targets. Appli e d Soft Comput i ng. 201 2; 12: 3 656 –3 670.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.