[发明专利]一种水下声学传感器网络的相位同步方法及装置

权利要求书

1.一种水下声学传感器网络的相位同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过Round-trip同步算法对使用分布式波束形成技术的水下声学传感器网络进行相位初步同步，得到初步同步后的相位误差；

S2：通过反馈信息控制算法对所述初步同步后的相位误差进行消除以获得所述水下声学传感器网络相位的精确同步；

其中，所述步骤S1包括以下步骤：

S11：在水下声学传感器网络中由目的端向中继转发节点发射信号；

S12：所述中继转发节点接收到所述发射信号，所述中继转发节点中的从节点将所述发射信号转发给所述中继转发节点中的主节点，所述主节点将接收到的所述从节点发射的信号以所述主节点接收到的所述发射信号为参考点进行相位反转得到反转信号；

S13：所述主节点将所述反转信号发送给所述从节点，所述从节点将所述反转信号发送给所述目的端，从而使得所述目的端接收到的所述反转信号的相位与所述目的端接收到的由所述主节点发送的信号的相位初步同步；

所述步骤S2包括以下步骤：

S21：在所述中继转发节点的所述发射信号的相位中设置相位扰动以消除所述相位误差，并将所述发射信号发送到所述目的端，并计算得到所述目的端的接收信号强度；

S22：在所述目的端设置接收信号强度的最高观测值，将所述接收信号强度与所述最高观测值进行比较，根据比较结果反馈到所述中继转发节点对所述相位扰动进行调整获得相位的精确同步；

S23：根据所述接收信号强度与所述最高观测值的比较结果对所述最高观测值进行迭代更新。

2.根据权利要求1所述的水下声学传感器网络的相位同步方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S111：设置一个调整周期时间为T，将时间T均分为2×(N+1)时间段(T₀,T₁,…,T_N,…,T_2N+1)，并设置在波束形成区域内的水下声学传感器网络有N+1个所述中继转发节点，在波束形成区域外设置有所述目的端，所述中继转发节点包括N个所述从节点和一个所述主节点，第i个中继转发节点中，其中i＝0,1,…,N，当i＝0为主节点，当i＞0，第i个中继转发节点为第i从节点；

S112：在T₀时刻由所述目的端发射信号m(t)＝cos(wt)到所有中继转发节点，第i个中继转发节点接收到信号时相对于目的端有时延t_i，第i个中继转发节点接收到的信号为a_icos(w(t+t_i))，其中a_i为第i个中继转发节点接收到所述目的端的信号的幅值；

S113：在T₁时刻由第一从节点将接收到的信号转发给所述主节点，此时所述主节点收到所述第一从节点转发的信号为b₁cos(w(t+t₁+k₁))，其中k_i为所述第i从节点到所述主节点的传播时延，其中b_i为所述主节点接收到所述第i从节点转发的信号的幅值；

S114：在T₂时刻以所述主节点从所述目的端接收到的信号作为参考点，对在T₁时刻所述主节点接收到的信号进行相位反转，反转信号为c₁cos(w(t+t₀-t₁-k₁))，将所述反转信号发送给所述第一从节点，所述第一从节点收到的信号为d₁cos(w(t+t₀-t₁))，若此时所述第一从节点以cos(w(t+t₀-t₁))作为发射信号发射到所述目的端，同时所述主节点发送发射信号cos(wt)到所述目的端，所述第一从节点和所述主节点的发射信号到达所述目的端时分别为a₀cos(w(t+t₀))和a₁cos(w(t+t₀))，使得所述第一从节点与所述主节点相位初步同步，并存在所述第一从节点与所述主节点相位初步同步的相位误差γ₁；

S115：在(T₃,T₄,…,T_N,…,T_2N+1)时刻重复所述步骤S113-S114，得到第i从节点与所述主节点相位初步同步的相位误差γ_i。