[發明專利]一種基于信號相位差的無線聲傳感器網絡目標定位方法

無效

• 申請號: 201110446585.6
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102540137A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 王智;余愷;李元實;劉薇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S1/76
• 分類號: G01S1/76
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及一種無線傳感網絡定位方法，尤其涉及一種適用于對精度要求較高的非配合式目標定位場景的基于信號相位差的無線聲傳感器網絡目標定位方法。

背景技術

目標定位技術在軍事、民用中都有很廣泛的應用需求。目標定位的一般方法是通過對目標的特征信號進行采集以獲得目標位置的相關參數估計，如距離、方位角等，然后通過定位算法將這些參數轉化為目標位置估計。目前已有的目標定位方法很多，本發明關注的是一種基于聲陣列網絡的目標定位實現方法。聲陣列網絡目標定位方法具有自主性、全方位性、被動探測等優勢，特別適用于非配合式場景中的應用。

傳統的聲陣列網絡定位方法中，每個陣列節點包含若干聲傳感器陣元，通過各陣元接收到的聲信號的相位差可以估算目標聲源到達陣列的方向角。具體的實現可通過陣列信號處理技術完成，如經典的MUSIC算法；再利用基于方位角的目標定位算法完成目標定位。

傳統的聲陣列網絡定位系統具有兩種基本體系結構：第一種結構是多個固定式的有線陣列組成網絡系統，陣列中各陣元信號處理在傳感器端完成，僅上傳信號處理結果，即方向角估計，融合中心端利用各陣列的方向角量測實現目標定位；第二種結構是將集成的陣列分散為多個無線傳感器陣列組成的網絡系統，系統中各傳感器將接收到的信號上傳至融合中心端，在融合中心端進行陣列信號處理和后續的定位過程。

現有的這兩種傳統的聲陣列網絡定位系統基本體系結構都有各自的不足之處。對于第一種結構，傳感器端需要進行復雜的陣列信號處理，實際實現難度大、成本較高、運算延時較大，且固定的硬件結構限制了其實際應用，可擴展性、使用靈活性均受到了很大的影響；對于第二種結構，實現難度小、成本低，復雜運算均由計算能力強大的融合中心完成，運算延時很小，但各傳感器需要將大量的原始采集信號傳輸至融合中心，網絡負擔超負荷，系統能耗、傳輸延時均難以達到要求。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于信號相位差的無線聲傳感器網絡目標定位方法。

為了實現上述的目的，本發明采取如下技術方案：一種基于信號相位差的無線聲傳感器網絡目標定位方法，包括以下步驟：

（1）?系統部署和初始化。

（2）?傳感器節點對目標聲學信號進行壓縮采集和上傳。

（3）?根據上傳數據和采集方法，在融合中心段進行信號重構。

（4）?根據傳感器節點的位置形成多個虛擬的聲陣列。

（5）?根據虛擬聲陣列中各陣元的信號相位差，估計聲信號的到達方向角。

（6）?根據多個虛擬聲陣列位置及方向角估計，完成目標定位。

本發明的有益效果是，能夠利用現有的低成本無線聲傳感器網絡在低功耗的工作場景下實現目標的高精度測向、定位。尤其是在非配合式目標定位中具有很大優勢，同時也可輕易擴展到多目標定位。

附圖說明

圖1是本發明的基于信號相位差的無線聲傳感器網絡目標定位方法部署圖；

????圖2是本發明中單目標下本方法和原始方法對目標方向角估計結果的對比圖；

???????圖3是本發明中多目標下本方法和原始方法對目標方向角估計結果的對比圖；

????圖4是本發明中陣元信號出現部分重構失敗的現象圖；

???????圖5是本發明中陣元信號出現部分重構失敗時本方法和原始方法對目標方向角估計結果的對比圖；

???????圖6是本發明中利用方向角估計的目標定位方法數學模型圖；

????圖7是本發明中利用方向角估計的目標定位效果圖。

具體實施方式

本發明專利在原有的聲陣列網絡定位系統的分散結構基礎上，利用新型的壓縮感知技術，實現傳感器端對信號的邊采樣邊壓縮的功能，降低了傳感器端的采樣負擔以及數據無線通信的負擔，從而使得實時、精確的目標定位成為可能，同時增強了系統的靈活性、實用性和可擴展性。

本發明基于信號相位差的無線聲傳感器網絡目標定位方法，包括以下步驟：

1、系統組成、部署和初始化。