[發明專利]一種水下源節點定位方法

在審

• 申請號: 201810134114.3
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108387867A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 季飛;包仁智;陳芳炯;余華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種水下源節點定位方法，具體步驟包括：(1)放置分布式水下接收節點，源節點發送脈沖信號，接收節點接收源節點發送的脈沖信號；(2)對各接收節點信號進行處理；(3)根據各接收節點收到的多徑信號，對源節點的位置進行參數估計，具體為：(3?1)計算各徑路徑長度；(3?2)計算各徑與直達路徑的時延差；(3?3)計算每個接收節點收到的信號；(3?4)網格搜索匹配，得到源節點位置。本發明相較于傳統方法，所需要使用的接收節點更少，且不需要信號準確的時鐘同步。本發明利用信號傳播的多徑信號，能夠對源節點進行更加精確的定位。

技術領域

本發明屬于水下源節點技術領域，特別涉及一種水下源節點定位方法。

背景技術

水下定位技術作為一種關鍵技術在海洋相關的科學研究、海洋工程、以及軍事活動等相關的領域中有著廣泛的應用。隨著科學技術的發展，在陸地上我們能夠通過全球衛星定位系統(GPS)以及雷達等來獲得目標的位置信息。GPS和雷達定位所使用的信號載體為電磁波，電磁波在空氣中具有良好的傳播特性，但是電磁波在水中傳播時具有非常高的吸收損耗率，使得電磁波在水中只能傳播很短的距離。因此，在水下我們無法直接利用GPS和雷達等來對目標進行定位。與電磁波相比較，聲波在水中具有更好的傳播特性，其在水中傳播衰減要小很多，20KHz的聲波在水中的傳輸衰減僅有2dB/km～3dB/km，傳播的距離也更加遠。聲波在水中優良的傳播特性，使其成為了水聲信道中重要的信號載體。即便是這樣，跟陸地上的無線信道相比，水聲信道中的多徑效應、多普勒頻移以及信號的衰減等要顯得更加的嚴重，并且水聲信道中可用的帶寬資源也要少得多。這些因素，使得對水下目標的精確定位變得十分的困難。目前典型的定位算法主要有四種:基于信號到達時間(time ofarrival,TOA)、信號到達時間差(time difference of arrival,TDOA)、基于信號角度(angle of arrival,AOA)和信號接收強度(received signal strength indicator，RSS)的方法。水聲信道中存在多徑效應，在關于水下定位問題的相關研究中，多徑信號通常被認為是一種干擾。絕大多數的水下定位技術只考慮直達信號來對目標進行定位。例如傳統的TOA、TDOA以及DOA等定位方法通常只考慮直達徑信號，在這種情況下需要利用多個接收節點才能實現對目標的定位。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種水下源節點定位方法。本發明通過利用多徑信號，能夠只利用單個接收節點實現對水下目標的定位。

本發明可以通過以下技術方案實現：

一種水下源節點定位方法，具體包括以下步驟：

(1)放置分布式水下接收節點，源節點發送脈沖信號，接收節點接收源節點發送的脈沖信號；

(2)對各接收節點信號進行處理；

(3)根據各接收節點收到的多徑信號，對源節點的位置進行參數估計，具體為：

(3-1)計算各徑路徑長度；

(3-2)計算各徑與直達路徑的時延差；

(3-3)計算每個接收節點收到的信號；

(3-4)根據步驟(3-1)、(3-2)和(3-3)得到的參數來構造匹配函數，根據匹配函數得到的值作為網格搜索匹配的初始化值并進行網格搜索匹配，當網格搜索匹配得到的坐標對應的匹配函數值大于初始化值，則將當前坐標的匹配函數值設定為新的初始化值，重復網格搜索匹配步驟，直至得到最大的匹配函數值，最大的匹配函數值對應的坐標即為源節點位置。

進一步地，所述步驟(1)中，源節點發送的脈沖信號為s(t)，且源節點發送的信號滿足：

∫_T|s(t)|²＝1