水声网络探测节点的一种运动目标参数估计算法.pdf

《水声网络探测节点的一种运动目标参数估计算法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、总第191期2010年第5期舰船电子工程ShipElectronicEngineeringV01．30No．5186水声网络探测节点的一种运动目标参数估计算法‘白士君凌国民(杭州应用声学研究所杭州310012)摘要文章提出了一种水声网络探测节点的运动目标参数估计方法，即基于模型匹配原理的估计算法。给出了算法的原理和仿真分析。关键词水声网络；探测节点；模型匹配；参数估计；搜索算法中图分类号TN929．3AMovingTargetParametersEstimationAlgorithmusedforUnderwaterAcousticNetworksDetectionNodesBaiS

2、hijunLingGuomin(HangzhouAppliedAcousticsInstitute。Hangzhou310012)AbstractAmovingtargetparametersestimationalgorithm，whichisbasedontheprincipleofmodelmatchingandusedforunderwateracousticnetworksdetectionnodes，isproposedinthispaper．Theprincipleandsimulationanalysisofthealgo—rithmiSdiscussedindeta

3、ils．KeyWordsunderwateracousticnetworks，detectionnode，modelmatching，parametersestimation，searchalgorithmClassNtKnl抡rTN929．31引言水声网络是陆地无线传感器网络概念在水下应用的延伸[1]。它是指部署在水下环境，以水介质作为通信信道、以声波作为信息载体的一种水声无线传感器网络。它可以广泛应用在军事和民用领域，如战场监视、海洋环境监测等方面[2]。根据不同的应用目的，网络的探测节点可选用声、磁、压力和温度等不同类型的传感器或它们的组合。本文所述水声网络的主要功能是探测运动

4、船只，其网络探测节点使用一个全向标量水听器作为传感器。与陆地无线传感器网络相比，水声信道带宽窄、传输延迟大、难以更换水下节点供电电池等问题是当前水声网络面临的主要技术挑战。表1给出的是不同通信距离条件下水声信道的典型带宽‘2j。由于水声网络通信资源受限非常严重，所以一般都采用分布式信号处理方式。即：各个探测节点首先对接收到的原始数据(数据量很大)在节点本地进行预处理，然后只把本地处理结果(数据量很小)以水声通信方式报告给融合节点，融合节点再对多个探测节点报告的信息进行数据融合处理，并得到网络级的目标参数最终估计结果。表1不同通信距离条件下水声信道的典型带宽下面给出的是一种基于模型匹配

5、原理的节点级运动目标参数估计方法[3

6、。与现有的单传感器目标参数估计方法相比，如LOFIX等[引，该方法具有原理简单，运算量小等优点，比较适合于以电池供电的水声网络探测节点。该方法可以在探测节·收稿日期：2010年1月1313，修回日期：2010年2月1113作者简介：白士君，男，硕士研究生，研究方向：水声信号处理。凌国民，男，教授，博士生导师，研究方向：水声工程。2010年第5期舰船电子工程187点本地估计出目标的运动速度和CPA距离两个重要的节点级目标参数，这两个参数是整个网络实现目标定位和轨迹融合的基础。2原理与方法2．1基本原理假设一条舰船以匀速直线运动方式从水声网络的某一个

7、静止探测节点附近通过，如图1所示。图l舰船通过探测节点示意图设舰船运动速度为V(略去单位，采用国际标准计量单位，下同)，辐射恒定声功率为So，并视为点声源。声传播规律视为各向同性、近场球面波扩展，忽略吸收损失。当舰船运动到A点时，刚好能被节点检测到，经过时间tCPA后运动到B点，此时，舰船与探测节点之间的距离最小，大小为rCPA，最后，舰船在C点离开探测节点的探测范围。在上述模型假设下，舰船运动到AC之间的任意一点时，探测节点接收到的舰船辐射噪声瞬时强度为：CJ(s。，V，I'CPA，‘)2丽丽Fi00再再霜‘1)显然，探测节点在￡=￡CPA时刻接收到的辐射噪声强度达到最大值：譬J(

8、so，V，rCI,A，tCPA)=‘净(2)吐7r7CPA用式(1)除以式(2)，并将￡㈣平移到时间轴的0坐标点处，则探测节点接收到的归一化舰船辐射噪声强度为：I(V，rCPA，￡)。而丽rCPA，一￡嗍≤￡≤#CPA(3)在上面的推导中，我们考虑的是浅海的环境，即忽略了海深的影响、水声网络为2D网络的情况。根据上面建立的模型，静止探测节点接收到的目标辐射声的能量包络形状与速度V、CPA距离rCPA及时间t的关系如图2所示。由式(3)和图2可见，探测节点接