[发明专利]一种基于水声传感器网络的多目标数据融合方法及系统

说明书

技术领域

本系统涉及声纳信号处理领域。特别涉及到利用水声传感器网络进行多目标数据融合的一种基于水声传感器网络的多目标数据融合方法及系统。

背景技术

水声传感器网络就是在一定的水下区域内布放若干个水下声学传感器节点，水下传感器节点既可以获取水下信息，也可以完成相互之间的水下通信和组网的功能，还具有一定的信号处理功能，各个传感器节点将获取的水下信息通过水声传感器网络传输给特定的节点(主节点)，然后主节点通过无线或者有线的方式将所有传感器节点的信息纳入岸上常规网络，并发送给观察者的水下网络。

关于水声传感器网络的研究才刚刚起步，虽然面临着许多挑战，但仍然有着无可比拟的优势。水声传感器网络能够广泛用于军事和民用领域，可以被用于环境监测、资源勘探、海底探索、灾害预防、辅助航行器导航、防潜、水下反恐预警等。对于这些应用来说，目标定位和跟踪技术是上述应用的基础。对于目标导航，防潜定位，水下预警，海底地质勘探测量等都需要对目标进行精确定位跟踪处理，所以基于水声传感器网络的目标定位跟踪是水声传感器网络最为重要的技术，对于某些应用场合，水下目标的定位和跟踪是水下传感器网络的应用目的。

水下传感器网络与陆地上的无线传感器网络不同，由于声信号在水中的传播速度很慢，因此其数据传输速率很小，把所有节点的原始信息通过传感器网络传输给主节点是不可能的，因此需要每个节点自身有一定的信号处理功能，能对其传感器获取的信息进行一定的预处理，然后将节点的预处理结果通过水声传感器网络传输给主节点，主节点通过将各节点传输过来的结果进行数据融合对目标进行定位和跟踪。

采用主动方式进行目标定位时，在达到目标定位的同时很容易暴露自身，隐蔽性差，所以采用被动方式定位是该研究领域的热点。但是水下被动探测节点一般很难探测出目标的距离信息，这就增加了目标定位和跟踪的难度。对于水下被动定位领域来说，单传感器探测出的方位信息比距离信息要精确得多，因此利用方位信息传感器作为水声传感器网络中节点的探测部分是一个可行的建议，对于水下探测器，能探测方位信息的传感器有各种水听器阵列传感器，也可以是矢量水听器，通过各种阵列信号处理算法能够实现水下声源的方位测量。

由于单个方位探测节点无法进行目标定位和跟踪，因此需要多个节点同时进行目标协同定位和跟踪，而水声传感器网络的多节点特性为其提供了应用平台，因此利用水声传感器网络进行目标协同定位和跟踪具有一定的可行性，但是现有技术并没有关于将无线传感器网络应用在水下多目标跟踪的领域中。本发明具有前瞻性地填补了利用水声传感器网络进行水下多目标定位和跟踪这一技术领域的空白，为水声传感器网络的数据融合提供了一种新的思路。

在利用纯方位信息进行多传感器多目标跟踪时，很重要的一点是解决数据关联问题，即判断每个方位测量值来自哪个目标，当目标已经建立航迹时，需要进行测量值-航迹数据关联，关联算法有最近邻算法、联合概率密度关联算法等；若目标航迹没有建立起来，则需要进行测量值-测量值数据关联，关联算法有最小距离法、最大似然法等；本发明从系统角度考虑，先通过测量值-测量值数据关联来发现目标，建立初始航迹，然后通过测量值-测量值数据关联来维持航迹，使整个数据融合过程能够自动进行，不需要人工的参与。

发明内容

本发明目的在于，为克服现有技术在实现水下多目标实时跟踪处理领域的空白提供一种基于水声传感器网络的多目标数据融合方法及系统。

本发明旨在提供一种可以用于实时监测的多目标数据融合方法，该方法能够进行实时数据处理，能自动建立航迹、维持航迹、删除航迹，为水声传感器网络数据融合提供了一种新思路。

本发明提供一种基于水声传感器网络的多目标实时数据融合方法，该数据融合方法用于实时进行多目标的航迹起始、航迹维持和航迹删除，所述方法包含如下步骤：

步骤101，在观测区域布放若干无线传感器网络的采集节点步骤，在水域中布放N(N≥3)个采集节点，所述N个采集节点采用线阵列水听器或者矢量水听器作为探测部分，该探测部分还进行实时信号处理，得到所述各个采集节点在所述观测区域中的目标方位信息，并将得到的方位信息通过水下网传输给主节点；

步骤102，所述主节点对所述方位信息进行数据融合的步骤，该主节点采用数据关联策略对多目标进行跟踪定位，完成对多目标的航迹起始、航迹维持和航迹删除；