基于壓縮感知的水下信息的協(xié)同感知技術(shù).pdf

1、隨著水下信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)定位成為新興的研究方向。水下信息網(wǎng)絡(luò)在時(shí)間和空間上具有更廣泛的覆蓋能力，通過(guò)各節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同和共享可以獲得比單節(jié)點(diǎn)更全面的信息。然而水下通信帶寬較低，同時(shí)水下網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的布放密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陸地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)。壓縮感知(Compressive Sensing，CS)理論的提出為降低時(shí)間或者空間采樣率提出了可能性。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先介紹CS理論的三個(gè)重要組成方面。基于信源在角度空間的稀疏性

2、將CS應(yīng)用于寬帶信號(hào)到達(dá)方向(Direction of arrival，DOA)估計(jì)。同時(shí)比較了CS方法和MUSIC方法估計(jì)DOA的仿真性能。結(jié)果表明基于CS的寬帶信號(hào)DOA估計(jì)有尖銳的峰值和較低的旁瓣水平，更優(yōu)的抗噪聲性能。
　　然后研究了水下信息網(wǎng)絡(luò)中基于DOA的協(xié)同定位方法。水下網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)利用陣列估計(jì)出目標(biāo)的DOA，然后將估計(jì)的DOA傳輸?shù)蕉ㄎ恢行墓?jié)點(diǎn)。定位中心節(jié)點(diǎn)融合多個(gè)節(jié)點(diǎn)測(cè)得的DOA和節(jié)點(diǎn)的位置信息估計(jì)出目標(biāo)位置。文中介

3、紹了利用線性最小二乘和列文伯格-馬夸爾特法定位的方法，并通過(guò)仿真比較這兩種算法的性能。
　　接著研究了水下聲信號(hào)能量衰減模型，并建立不同接收點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度比值和信號(hào)傳播距離的關(guān)系?；谀繕?biāo)在不同位置時(shí)水下節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度比值是不同的，提出一種基于聲信號(hào)能量衰減和距離的關(guān)系來(lái)構(gòu)建稀疏基的方法。將定位的區(qū)域劃分成多個(gè)網(wǎng)格，對(duì)于目標(biāo)不在網(wǎng)格點(diǎn)上的情況，利用一階泰勒展開(kāi)式對(duì)稀疏基進(jìn)行修正。通過(guò)仿真驗(yàn)證了本文提出方法的正確性，并與傳統(tǒng)的基于接收

4、信號(hào)強(qiáng)度比值的最小二乘定位方法作對(duì)比。仿真表明本文提出的方法使用水下網(wǎng)絡(luò)中較少的節(jié)點(diǎn)觀測(cè)值便達(dá)到較高的定位精度。
　　最后，首先簡(jiǎn)要介紹基于時(shí)延差估計(jì)的定位模型。討論了廣義互相關(guān)和利用最小均方誤差判決準(zhǔn)則來(lái)估計(jì)時(shí)延的方法，在獲得多對(duì)節(jié)點(diǎn)時(shí)延差的基礎(chǔ)上用球面內(nèi)插方法得到目標(biāo)位置。然后重點(diǎn)介紹基于CS的目標(biāo)定位方法。利用水下節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)之間的相關(guān)性，研究了基于節(jié)點(diǎn)反射路徑和參考節(jié)點(diǎn)直達(dá)路徑時(shí)延差的CS定位方法。該方法根據(jù)參考節(jié)點(diǎn)高采樣