[发明专利]基于一致性估计与休眠调度的水下目标协同追踪方法

权利要求书

1.一种基于一致性估计与休眠调度的水下目标协同追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在给定监测水域范围内，部署多个具有感知功能且不自主移动的水下静态传感器节点，另外再部署具有中继功能且能够自主移动的水下动态传感器节点；两类传感器节点通过水声通信方式进行组网，形成水声传感器网络，两类水下传感器节点利用定位技术获取自身节点位置；设置所有传感器节点在初始时刻处于休眠状态，设定休眠状态的传感器节点激活阈值为DT，休眠状态的传感器节点具有低频反射探测功能；

(2)当待测目标进入监测水域内，水下静态和动态传感器节点低频发射的探测水声信号在遇到待测目标时将发生反射，传感器节点接收待测目标反射回来的信号并计算信号等级强度IL，通过信号等级强度IL与该传感器节点的激活阈值DT进行比较，若IL-N≥DT，则表明待测目标存在，传感器节点由休眠状态转为唤醒状态；反之，传感器节点仍处在休眠状态；式中，N表示环境噪声；

(3)进入唤醒状态的水下静态传感器节点，发送水声脉冲信号，该水声脉冲信号含有区别水声脉冲的脉冲标志l以及脉冲发射时间标记t₁；当水声脉冲信号遇到待测目标时将发生反射，反射回的信号又被该水下静态传感器节点接收，记录此时的时间标记t₂，根据回声原理，确定该水下静态传感器节点与水下待测目标之间的距离；

(4)探测到目标的其它水下静态传感器节点均执行步骤(3)，并进行信息交互，根据三角测量法，由四组不同的数据建立四个等式，即能够确定待测目标的位置；

(5)对水下静态传感器节点和动态传感器节点的观测信息进行一致性估计，解决由于水声噪声不确定因素引起的待测目标位置信息观测偏差大的问题，得到精确性更高的目标位置信息；

(6)根据目标位置信息，对待测目标的运动状态进行预测，根据预测到的目标运动轨迹，动态激活处于目标预测路径区域的传感器节点，并设定这些传感器节点的工作循环周期与占空比；如果被激活的传感器节点在设定时间内均探测不到待测目标，则该被激活的传感器节点重新恢复为休眠状态，并重新执行步骤(1)；如果被激活的传感器节点在设定时间内能够探测到待测目标，则继续保持激活状态并获取待测目标信息。

2.根据权利要求1所述的基于一致性估计与休眠调度的水下目标协同追踪方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述休眠传感器节点的激活阈值DT的设定方法如下：

考虑水声信号在水下的传播损失以及水下噪声的影响，能够根据静态传感器节点的探测半径设置探测阈值DT＝SL-PL_max-N_max，

式中，SL为待测目标处的源强度等级，能够根据目标监测需要设定为监测波段内的一个辐射强度；PL_max为水声脉冲传播损失PL的最大值；N_max为水下噪音N的最大值；

水声脉冲传播损失PL定义为PL＝20logr+ar·10^-3，式中，α为水下声波的衰减系数，r是待测目标与传感器节点之间的相对距离；根据传感器传感半径能够求得水声脉冲传播损失最大值；

水下噪声N定义为10logN(f)＝50+7.5ω^1/2+20logf-40log(f+0.4)，式中，ω为水表风速，f为噪声频率。

3.根据权利要求1所述的基于一致性估计与休眠调度的水下目标协同追踪方法，其特征在于，在步骤(3)中，水下静态传感器节点i与水下待测目标之间的距离d_i表示为：

(x_i-x₀)²+(y_i-y₀)²+(z_i-z₀)²＝d_i²

式中，(x_i,y_i,z_i)和(x₀,y₀,z₀)分别表示水下静态传感器节点i与水下待测目标的位置坐标。