[发明专利]一种基于信号相位差的无线声传感器网络目标定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感网络定位方法，尤其涉及一种适用于对精度要求较高的非配合式目标定位场景的基于信号相位差的无线声传感器网络目标定位方法。

背景技术

目标定位技术在军事、民用中都有很广泛的应用需求。目标定位的一般方法是通过对目标的特征信号进行采集以获得目标位置的相关参数估计，如距离、方位角等，然后通过定位算法将这些参数转化为目标位置估计。目前已有的目标定位方法很多，本发明关注的是一种基于声阵列网络的目标定位实现方法。声阵列网络目标定位方法具有自主性、全方位性、被动探测等优势，特别适用于非配合式场景中的应用。

传统的声阵列网络定位方法中，每个阵列节点包含若干声传感器阵元，通过各阵元接收到的声信号的相位差可以估算目标声源到达阵列的方向角。具体的实现可通过阵列信号处理技术完成，如经典的MUSIC算法；再利用基于方位角的目标定位算法完成目标定位。

传统的声阵列网络定位系统具有两种基本体系结构：第一种结构是多个固定式的有线阵列组成网络系统，阵列中各阵元信号处理在传感器端完成，仅上传信号处理结果，即方向角估计，融合中心端利用各阵列的方向角量测实现目标定位；第二种结构是将集成的阵列分散为多个无线传感器阵列组成的网络系统，系统中各传感器将接收到的信号上传至融合中心端，在融合中心端进行阵列信号处理和后续的定位过程。

现有的这两种传统的声阵列网络定位系统基本体系结构都有各自的不足之处。对于第一种结构，传感器端需要进行复杂的阵列信号处理，实际实现难度大、成本较高、运算延时较大，且固定的硬件结构限制了其实际应用，可扩展性、使用灵活性均受到了很大的影响；对于第二种结构，实现难度小、成本低，复杂运算均由计算能力强大的融合中心完成，运算延时很小，但各传感器需要将大量的原始采集信号传输至融合中心，网络负担超负荷，系统能耗、传输延时均难以达到要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于信号相位差的无线声传感器网络目标定位方法。

为了实现上述的目的，本发明采取如下技术方案：一种基于信号相位差的无线声传感器网络目标定位方法，包括以下步骤：

（1） 系统部署和初始化。

（2） 传感器节点对目标声学信号进行压缩采集和上传。

（3） 根据上传数据和采集方法，在融合中心段进行信号重构。

（4） 根据传感器节点的位置形成多个虚拟的声阵列。

（5） 根据虚拟声阵列中各阵元的信号相位差，估计声信号的到达方向角。

（6） 根据多个虚拟声阵列位置及方向角估计，完成目标定位。

本发明的有益效果是，能够利用现有的低成本无线声传感器网络在低功耗的工作场景下实现目标的高精度测向、定位。尤其是在非配合式目标定位中具有很大优势，同时也可轻易扩展到多目标定位。

附图说明

图1是本发明的基于信号相位差的无线声传感器网络目标定位方法部署图；

    图2是本发明中单目标下本方法和原始方法对目标方向角估计结果的对比图；

       图3是本发明中多目标下本方法和原始方法对目标方向角估计结果的对比图；

    图4是本发明中阵元信号出现部分重构失败的现象图；

       图5是本发明中阵元信号出现部分重构失败时本方法和原始方法对目标方向角估计结果的对比图；

       图6是本发明中利用方向角估计的目标定位方法数学模型图；

    图7是本发明中利用方向角估计的目标定位效果图。

具体实施方式

本发明专利在原有的声阵列网络定位系统的分散结构基础上，利用新型的压缩感知技术，实现传感器端对信号的边采样边压缩的功能，降低了传感器端的采样负担以及数据无线通信的负担，从而使得实时、精确的目标定位成为可能，同时增强了系统的灵活性、实用性和可扩展性。

本发明基于信号相位差的无线声传感器网络目标定位方法，包括以下步骤：

1、系统组成、部署和初始化。