[发明专利]一种基于Labview平台的水声网络节点测距方法

说明书

本发明提供了一种基于Labview平台的水声网络节点测距方法，由N个节点构成的水声网络，进行N轮测距，在测距请求信号开始发送时，测距发起节点Labview平台的RT模块计时等待，待各测距应答节点完成信号接收后，各节点将所采集信号与本地存储的线性调频测距信号进行自相关运算，计算测距请求信号的到达时间，待测距发起节点完成测距应答信号的接收后，测距发起节点将所采集信号与本地存储的线性调频测距信号进行自相关运算，计算各测距应答信号的到达时间，待测试N轮后，结束整个测距过程。本发明提高了测距过程的稳定性，提高了测距精度，具备良好的测距精度。

技术领域

本发明涉及水下通信组网领域，具体涉及水声学，信号检测，网络接入协议，测距技术等，尤其是一种水声网络节点的测距方法。

背景技术

地球上海洋总面积约为3.6亿平方公里，约占地球表面积的71％，海洋中蕴含着丰富的生物、医药、矿产等资源。在陆地资源日益饱和的情况合理开发并利用海洋资源对人类的生存发展和社会活动起到至关重要的作用。为了满足人类对水下空间的探索，水声网络(UAN,Underwater Acoustic Networks)逐渐得到发展。其中，网络节点测距技术是最基础、最重要的技术之一，高精度的节点距离信息是实现水下目标精确定位、跟踪等应用的基本保障，对海洋资源的开发利用具有积极意义。

基于时间的水下节点测距技术主要是通过测量测距信号在节点间的传播时延来完成，测距精度通常取决于对测距信号传播时延的测量精度。常用的测距方法有TOA、TDOA等。在双向TOA测距中，对测距信号到达时刻的测量、对预定延迟时间的控制精度主要影响着测距性能。

一方面，目前对测距信号通常采用先检测后存储的接收方法，通过信号检测算法(如FFT)对信道持续监测，当信号满足接收门限规则后，才开始接收、进一步处理信号、计算信号到达时刻，这不仅需要硬件具有较高的实时处理能力，而且信号检测过程也存在一定的开销，需要以一定的信号长度为代价换取信号检测的通过，进而导致信号到达时刻记录不准确，带来测距误差。另外，这种接收方法也会由于检测算法本身性能的影响导致虚警与漏检现象，从而影响测距过程成功进行。

另一方面，在硬件系统中，常采用单片机、DSP芯片、FPGA芯片、Labview平台等完成信号处理、程序逻辑控制等功能。但单片机、DSP芯片及FPGA芯片的程序开发周期较长，且调试手段单一，无法在线更新程序；Labview平台程序开发周期短，可在线实时调试程序，且其特有的顶层RealTime模块和底层FPGA模块独立运行设计，可以实现在FPGA模块把数据接收并传输数据到实时处理器RT的功能。但RT模块时间精度低，仅为毫秒级，在该模块中进行定时控制会造成毫秒级的时间误差，进而导致米级的测距误差，FPAG模块计时精度高，可达微秒级，但处理能力有限，不足以负担复杂的程序结构，需与RT模块配合才能精确控制双向TOA测距中的预定延迟时间。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于Labview平台的水声网络节点测距方法。利用Labview平台模块功能强大、程序开发周期短、可在线调试的优势，针对先检测后接收方法易导致数据接收时刻记录不准确，以及Labview平台中RT模块时间精度较低，从而造成测距误差的现象，进行基于Labview平台的水声网络节点测距。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的详细步骤如下：

步骤1：由N个节点构成的水声网络，各节点按照ID顺序0,1,2,…,N-1，从0号节点开始依次充当测距发起节点，发送测距请求信号，以双向TOA的方式测量与其余节点间的距离，此时其余节点作为测距应答节点，回复测距应答信号；共需进行N轮测距，每轮测距周期为T；

在第k轮测距周期的初始时刻，其中，k＝0,1,2,...,N-1，由测距发起节点i发送测距请求信号，i＝k，记录发送时刻T₀，同时，其余测距应答节点j直接存储接收测距信号，其中j＝0,1,2,...,N-1；j≠i，记录初始接收时刻接收持续时长为1个接收窗长W；