基于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)定位研究.pdf

1、水下目標(biāo)定位技術(shù)是水聲工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題,在實(shí)際應(yīng)用中有著廣泛的前景。隨著無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,水下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)也逐漸成為當(dāng)前研究關(guān)注的熱點(diǎn)之一,它具有的分布式數(shù)據(jù)處理特點(diǎn)和信息融合技術(shù),為水下目標(biāo)的定位研究工作提供了新的思路。本文主要采用水下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)被動(dòng)目標(biāo)定位技術(shù)展開(kāi)理論方法與實(shí)驗(yàn)研究:
　　首先,回顧了水下目標(biāo)定位技術(shù)的發(fā)展歷程,介紹了水下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的相關(guān)背景,并總結(jié)了基于目標(biāo)定位估計(jì)測(cè)量參量建模的三種

2、方法。
　　其次,針對(duì)由具有目標(biāo)測(cè)向功能的陣列節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的水下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型,推導(dǎo)了水下信道環(huán)境內(nèi)陣列波達(dá)角測(cè)量誤差,并建立了基于水下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)波達(dá)角(Direction of Arrival,DOA)估計(jì)被動(dòng)定位模型。在此基礎(chǔ)上,建立了最大似然算法估計(jì)定位模型,采用分布式數(shù)據(jù)傳輸?shù)白钚《朔ù致怨烙?jì)結(jié)果作為迭代初值,完成對(duì)目標(biāo)位置最大似然估計(jì)算法的求解。此外,分析了不同環(huán)境背景中、不同目標(biāo)聲能級(jí)對(duì)于定位精度的影

3、響。
　　再次,對(duì)于另一類(lèi)由不具備目標(biāo)測(cè)向功能的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的水下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò),本文建立了水下目標(biāo)輻射能量傳播模型以進(jìn)行目標(biāo)位置估計(jì)的研究。研究并推導(dǎo)了水下目標(biāo)聲強(qiáng)輻射衰減函數(shù),在此基礎(chǔ)上,采用基于目標(biāo)輻射能量的閾值二元檢測(cè)加權(quán)質(zhì)心算法和基于能量檢測(cè)的統(tǒng)計(jì)模型最大似然估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)水下被動(dòng)目標(biāo)的定位。此外,分析了不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布結(jié)構(gòu)、不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目對(duì)于定位精度的影響。
　　最后,在實(shí)驗(yàn)室條件下,搭建了一套水下聲通信傳輸實(shí)驗(yàn)

4、系統(tǒng),利用LabVIEW圖形化軟件開(kāi)發(fā)了一套實(shí)驗(yàn)室水聲信號(hào)采集、處理及具有目標(biāo)定位仿真模塊的綜合處理演示平臺(tái),完成了控制發(fā)送、接收水下復(fù)雜聲信號(hào)的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中,將由遠(yuǎn)程控制端發(fā)送的信號(hào)波形通過(guò)功率放大器、在水池中由水聲換能器進(jìn)行信號(hào)傳輸,上位機(jī)平臺(tái)讀取采集數(shù)據(jù)后通過(guò)分析處理模塊完成對(duì)信號(hào)的時(shí)、頻域特性分析,利用MathScript節(jié)點(diǎn)函數(shù)完成了對(duì)于目標(biāo)波達(dá)角的測(cè)向和基于水下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)定位的演示功能,最后在虛擬儀器前面板上實(shí)現(xiàn)