[发明专利]一种水下传感器数据收集方法、系统、装置及介质

权利要求书

1.一种水下传感器数据收集方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取M-1个水声信号，所述水声信号通过设置在水下自主航行器的圆形阵列获得，所述圆形阵列由M个阵元组成，所述水声信号为噪声信号或由传感器节点发出的水声信标；

根据水声信号的功率从M-1个水声信号中获取K个水声信标，以及计算水声信标对应的传感器节点的探测概率；

获取水声信标对应的方位角，根据方位角对K个水声信标对应的传感器节点进行分组，将水下自主航行器能在同一航行轨迹中收集到节点数据的传感器节点分为一组，并获取每一组对应的巡航方向；

根据探测概率计算每一组的数据收集效率，根据最大数据收集效率对应的一组的巡航方向控制水下自主航行器移动并采集传感器数据；

所述数据收集效率的计算公式如下：

其中，B为数据包大小，为节点探测概率，表示水下自主航行器的能量损耗，表示本次分组结果的集合

2.根据权利要求1所述的一种水下传感器数据收集方法，其特征在于，所述传感器节点在缓存达到B字节时，周期性地广播水声信标；在缓存未达到B字节时，保持静音。

3.根据权利要求1所述的一种水下传感器数据收集方法，其特征在于，所述根据水声信号的功率从M-1个水声信号中获取K个水声信标，以及计算水声信标对应的传感器节点的探测概率，包括：

根据水声信号的功率和预设的判决方式判断水声信号为水声信标或噪声信号；

若为水声信标，将该水声信标对应的传感器节点放入探测节点集合中，计算传感器节点的探测概率；

假设功率被表示为：

探测概率的表达式为：

其中，σ²为噪声方差，p_k为接收信号功率；经过探测概率计算，当做出H₁判决时，表示水声信号为水声信标；当做出H₀判决时，表示水声信号为噪声信号；T(s_k)为检验统计量，γ′₀为判决门限，是符合卡方分布的随机变量的右尾分布；将探测到的传感器节点放入探测节点集合中。

4.根据权利要求3所述的一种水下传感器数据收集方法，其特征在于，采用似然比假设检验对水声信号进行判决，包括：

在H₀(k)中，接收信号服从s_k～N(0,σ²)；在H₁(k)中，接收信号服从s_k～N(0,(M-1)p_k+σ²)；似然比假设检验判决如下：

其中，N是快排数，为预测入射信号，γ′₀为判决门限。

5.根据权利要求1所述的一种水下传感器数据收集方法，其特征在于，所述获取水声信标对应的方位角，包括：

采用MUSIC算法对M-1个水声信号进行分析，获得MUSIC空间谱，根据最大的M-1峰获取M-1个水声信号对应的方位角；

从M-1个水声信号对应的方位角获取水声信标对应的方位角；

其中，MUSIC算法的表达式为：

其中，A是圆形阵列的阵列流形矩阵，U_N表示噪声子空间。

6.根据权利要求1所述的一种水下传感器数据收集方法，其特征在于，按照以下方式对K个水声信标对应的传感器节点进行分组：

K个传感器节点中任两个传感器节点的方位角为和如果所述两个传感器节点的方位角满足：

将两个传感器节点分为一组G_j；若多个传感器节点之间相互都满足这一条件，则将多个传感器节点分为一组；

对于任意一组G_j，用于收集这组数据的巡航方向为

其中，

C表示传感器节点的最大通信距离，D表示水下自主航行器的最大探测距离。