[发明专利]一种基于矢量定向和测距的水声网络拓扑感知方法

说明书

本发明涉及一种基于矢量定向和测距的水声网络拓扑感知方法，属于水声信号处理领域。假设水声网络节点只存在一个信号源节点，基于单个矢量水听器可同时对两个信号源进行定向，并以源节点为参考，采用RSSI测距方法，逐步定位出水声网络中所有节点位置，进而以信号到达矢量水听器的时间关系，判断出水声传感器网络内部节点的信息流向，完成水声网络拓扑感知。本发明仅运用一个矢量水听器，结合RSSI测距，数学几何方法，所需硬件少，操作简单，适应性强。

技术领域

本发明属于水声信号处理领域，尤其是利用单个矢量水听器对水声网络拓扑节点进行定向，RSSI测距信号处理方法。

背景技术

对水声网络感知问题既可以看作对传统水域单目标探测和识别问题在水声学网络的发展。传统的单目标感知方法一般依靠对个体目标声学信号的捕获完成对单个目标的感知。然而在网络背景下，针对单个目标的探测并不能解决水声网络感知问题，必须充分利用网络内节点之间的信息交互从网络层面整体进行感知。

典型的用于水声网络感知的系统结构复杂，一般由信息交互或信息中继能力的传感器节点、可充当网关并与水面或水上进行交互的移动节点、水面浮标节点等不同类型的节点以声通信的方式进行组网，甚至需配合水面舰船、陆基网络、飞机、卫星等通过对传感器节点感知到的信息进行交互、汇总和处理进行水声网络感知。可见，典型的水声网络感知系统所需硬件复杂，尺寸庞大，成本较高，而且感知周期很漫长，在环境条件较为狭窄，小成本，且需要快速得出水声网络拓扑感知结果的条件下，显然不能适用。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决在环境条件较为狭窄、小成本的条件下，快速得出水声网络拓扑感知结果，本发明提出一种基于矢量定向和测距的水声网络拓扑感知方法，该方法仅仅使用一个矢量水听器就可以完成整个水声网络拓扑感知工作。

技术方案

一种基于矢量定向和测距的水声网络拓扑感知方法，水声网络拓扑包括源节点和其他节点；其特征在于步骤如下：

步骤1：采用单个矢量水听器接收来自水声网络拓扑通信信号；

步骤2：对通信信号进行去直流和分帧加窗预处理；

步骤3：对预处理后的信号进行定向和定时，每个节点以测向效果最显著的帧的开始时间作为信号到达时间，定向的同时并标记节点和信号到达时间；

步骤4：移动矢量水听器，对移动后的矢量水听器相对于源节点进行定向测量，根据两个测量的角度和移动距离采用几何原理计算其移动前的矢量水听器与源节点之间的距离r；

步骤5：计算水声网络拓扑节点功率P_T：

10*nlgr＝10*lg(P_T/P_R)

其中，n表示声传播扩展系数，P_R为水声通信信号输入矢量水听器的功率；

步骤6：计算水声网络拓扑其他节点距离：

nlg(r/r^*)＝lg(P_R^*/P_R)

其中，n表示声传播扩展系数，r^*表示其他节点声信号传播距离；P_R^*为其他节点水声通信信号输入矢量水听器的功率；

步骤7：水声网络节点信息流向确定

根据各个节点的距离和方向，得到各个节点的相对位置和方向，同时根据到达时间差判断水声网络各个节点的传播方式；相对位置、方向和传播方式即构成了水声网络拓扑。