声纳阵列网络基于移动信标到达角的渐进最优节点自定位算法.pdf

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1、第29卷第3期传感技术学报Vo1．29No．32016年3月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMar．2016AsymptoticallyOptimumBearing—OnlySelf-LocalizationforSonarArrayNetworkNodesBasedonMovingBeaconLUOJian，TANZhiwen，GUO(1_KeyLabfor10TandInformationFusionTechnologyofZhejiang，HangzhouDianziUniversity，Hangzho“310018，China；2．715Resea

2、rchInstitute，NationalDefense＆weandTechnologyKeyLaboratoryofSonarTechnology，Hangzhou310012．China)Abstract：Thispaperpresentsa3Dtotalleast—squares(TLS)algorithmtosolvetheserf-localizationproblemusingazimuth／elevationangleswithregardingtoamovingbeaconinasonararraynetwork．Firstwelinearizetheazimuthandele

3、vationmeasurementequationsandshowthatthenewmodelfitsaclassoferrorinvariables(EIV)models．Thenthe3DTLSalgorithmisproposedbasedontheEIVmodelanditisprovedtobeasymptoticallyoptima1．ThesimulationsshowthatthemeansquarederroroftheproposedestimatorachievestheCRLBasymptoticallv．Keywords：sonararaynetworks；node

4、self-localization；totalleast．squares；movingbeacon：azimuth／elevati0nEEACC：7230doi：10．3969／j．issn．1OO4—1699．2016．O3．017声纳阵列网络基于移动信标到达角的渐进最优节点自定位算法骆吉安，谭智文，郭云飞(1．杭州电子科技大学物联感知与信息融合实验室，杭州310018；2．七一五研究所声纳技术国防科技重点实验室，杭州310012)摘要：针对水下声纳阵列网络节点自定位问题，提出一种基于移动信标到达角的三维总体最小二乘(TLS)节点自定位算法。首先给出了基于方位角和俯仰角的变量含误差模型，并根

5、据该模型提出三维TLS算法，证明三维TLS算法随信标广播次数增加是渐进最优估计，仿真结果验证所提出算法的均方根误差渐进达到CRLB。关键词：声纳阵列网络；节点自定位；总体最dx_-乘；移动信标；方位角和俯仰角中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1004—1699(2016)03—0403-08近年来，由带有测向功能的声纳阵列组成的定位对声纳阵列网络具有十分重要的意义。声纳阵列网络作为无线传感器网络的重要分支得目前节点自定位算法根据定位过程中是否进到了快速的发展n]。声纳阵列网络的原理是将声行测距可以分为两大类，一类是利用网络拓扑结构纳阵列与无线传感网络相结合，实现信息协同处实现自定位

6、的非测距算法，如DV．Hop算法、APIT理，并在军事方面的舰船、潜艇、AUV等目标跟踪算法、MDS算法及质心算法等"，这类算法的定位精以及民用方面的水下探测器导航等领域有着重要度较差，但是硬件实现成本较低。另一类算法是测应用。为实现上述应用，一方面节点自身的位置距定位算法，如信号接收强度(RSSI)，到达时间信息是目标跟踪等多传感器融合算法的前提，(TOA)或到达时间差(TDOA)J，以及到达角另一方面，为设计高效的网络路由b、休眠调(AOA)n。。川等方法。与非测距算法相比，这类算法度、节点选择、网络安全等网络管理协议，节具有较高的定位精度，但硬件成本也相对较高，如点位置是不可缺少的已知条

7、件。因此，节点的自为实现对水下信号源的测向，每个节点需要安装一项目来源：浙江省信号处理重点实验室开放基金项目(ZJKL_4一SP一0P2014一O1)；七一五所声纳技术国防科技重点实验室开放基金项目(KF201303)收稿日期：2015—11—06修改日期：2015-12—14传感技术学报404www．chinatransdueers．corn第29卷个声纳阵列。本文考虑基于方位角和俯仰角的三出了