[發(fā)明專利]一種水下傳感器數(shù)據(jù)收集方法、系統(tǒng)、裝置及介質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110630335.1
• 申請(qǐng)日: 2021-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN113408115B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 官權(quán)升;成明月
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06K9/00;G01S3/802;G01S3/80;G06F119/10
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 鄭宏謀

1.一種水下傳感器數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取M-1個(gè)水聲信號(hào)，所述水聲信號(hào)通過設(shè)置在水下自主航行器的圓形陣列獲得，所述圓形陣列由M個(gè)陣元組成，所述水聲信號(hào)為噪聲信號(hào)或由傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出的水聲信標(biāo)；

根據(jù)水聲信號(hào)的功率從M-1個(gè)水聲信號(hào)中獲取K個(gè)水聲信標(biāo)，以及計(jì)算水聲信標(biāo)對(duì)應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)的探測(cè)概率；

獲取水聲信標(biāo)對(duì)應(yīng)的方位角，根據(jù)方位角對(duì)K個(gè)水聲信標(biāo)對(duì)應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組，將水下自主航行器能在同一航行軌跡中收集到節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)分為一組，并獲取每一組對(duì)應(yīng)的巡航方向；

根據(jù)探測(cè)概率計(jì)算每一組的數(shù)據(jù)收集效率，根據(jù)最大數(shù)據(jù)收集效率對(duì)應(yīng)的一組的巡航方向控制水下自主航行器移動(dòng)并采集傳感器數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)收集效率的計(jì)算公式如下：

其中，B為數(shù)據(jù)包大小，為節(jié)點(diǎn)探測(cè)概率，表示水下自主航行器的能量損耗，表示本次分組結(jié)果的集合

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下傳感器數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，所述傳感器節(jié)點(diǎn)在緩存達(dá)到B字節(jié)時(shí)，周期性地廣播水聲信標(biāo)；在緩存未達(dá)到B字節(jié)時(shí)，保持靜音。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下傳感器數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，所述根據(jù)水聲信號(hào)的功率從M-1個(gè)水聲信號(hào)中獲取K個(gè)水聲信標(biāo)，以及計(jì)算水聲信標(biāo)對(duì)應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)的探測(cè)概率，包括：

根據(jù)水聲信號(hào)的功率和預(yù)設(shè)的判決方式判斷水聲信號(hào)為水聲信標(biāo)或噪聲信號(hào)；

若為水聲信標(biāo)，將該水聲信標(biāo)對(duì)應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)放入探測(cè)節(jié)點(diǎn)集合中，計(jì)算傳感器節(jié)點(diǎn)的探測(cè)概率；

假設(shè)功率被表示為：

探測(cè)概率的表達(dá)式為：

其中，σ²為噪聲方差，p_k為接收信號(hào)功率；經(jīng)過探測(cè)概率計(jì)算，當(dāng)做出H₁判決時(shí)，表示水聲信號(hào)為水聲信標(biāo)；當(dāng)做出H₀判決時(shí)，表示水聲信號(hào)為噪聲信號(hào)；T(s_k)為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，γ′₀為判決門限，是符合卡方分布的隨機(jī)變量的右尾分布；將探測(cè)到的傳感器節(jié)點(diǎn)放入探測(cè)節(jié)點(diǎn)集合中。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水下傳感器數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，采用似然比假設(shè)檢驗(yàn)對(duì)水聲信號(hào)進(jìn)行判決，包括：

在H₀(k)中，接收信號(hào)服從s_k～N(0,σ²)；在H₁(k)中，接收信號(hào)服從s_k～N(0,(M-1)p_k+σ²)；似然比假設(shè)檢驗(yàn)判決如下：

其中，N是快排數(shù)，為預(yù)測(cè)入射信號(hào)，γ′₀為判決門限。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下傳感器數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，所述獲取水聲信標(biāo)對(duì)應(yīng)的方位角，包括：

采用MUSIC算法對(duì)M-1個(gè)水聲信號(hào)進(jìn)行分析，獲得MUSIC空間譜，根據(jù)最大的M-1峰獲取M-1個(gè)水聲信號(hào)對(duì)應(yīng)的方位角；

從M-1個(gè)水聲信號(hào)對(duì)應(yīng)的方位角獲取水聲信標(biāo)對(duì)應(yīng)的方位角；

其中，MUSIC算法的表達(dá)式為：

其中，A是圓形陣列的陣列流形矩陣，U_N表示噪聲子空間。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下傳感器數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于，按照以下方式對(duì)K個(gè)水聲信標(biāo)對(duì)應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組：

K個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中任兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的方位角為和如果所述兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的方位角滿足：

將兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分為一組G_j；若多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間相互都滿足這一條件，則將多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分為一組；

對(duì)于任意一組G_j，用于收集這組數(shù)據(jù)的巡航方向?yàn)?/p>

其中，

C表示傳感器節(jié)點(diǎn)的最大通信距離，D表示水下自主航行器的最大探測(cè)距離。