[发明专利]一种基于分布式传感器节点的被动目标检测方法

权利要求书

1.一种基于分布式传感器节点的被动目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将多个四面体阵节点分布式布放于监测区域构成分布式系统，实时采集水下信号；

步骤2：对采集信号进行到达角估计，获取可能目标信号的到达角；

步骤3：对单节点进行周期图检测，获得频域特征并进行阈值检测；

步骤4：根据单节点检测性能与到达角，由分布式系统估计目标可疑位置，依据Neyman-Pearson准则，融合中心对单节点判决进行加权，获得全局判决结果，确定目标存在与否。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式传感器节点的被动目标检测方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：

四面体阵节点采集信号为X＝[x₁；x₂；x₃；x₄]，其中x_i表示四面体阵中第i个水听器的接收信号，记做x_i＝[x_i1,x_i2,...,x_iK]，x_ik(l)表示四面体阵中第i个水听器的接收信号中第k个采样点数据，K为快拍数；定义数据协方差矩阵R_x＝E[XX^H]，E[·]表示求期望；根据协方差矩阵计算波束形成权值向量：

其中表示从方位角和俯仰角θ₀入射的信号驾驶向量，上标H表示共轭转置；

输出信号的波束功率为：

对波束功率进行搜索，获得到达角估计值，视为目标信号期望角度。

3.根据权利要求2所述的一种基于分布式传感器节点的被动目标检测方法，其特征在于，求期望E[·]通过分帧求均值的方式实现。

4.根据权利要求2所述的一种基于分布式传感器节点的被动目标检测方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下子步骤：

步骤31：所述分布式系统共J个四面体阵节点，每个单节点对接收信号进行分帧，记单节点采集的L帧信号中第l帧为x(l)＝[x₁(l),x₂(l),...,x_K(l)]，x_k(l)为节点的第l帧接收信号中第k个采样点数据，K为快拍数；利用傅里叶变换，将第l帧的时域信号转换到频域表示形式X(l)，分析目标频率附近的频率能量值，估计信号能量，并处理频带外的频率信息，得到噪声功率估计值实现周期图检测器；时域信号转换到频域的变换公式如下：

其中f₁为频带下限，f₂为频带上限；

步骤32：针对单节点预设判决门限为τ，门限值根据单节点虚警概率获得，其中下标j表示分布式系统中第j个节点；为噪声功率估计值；Q(·)函数的计算公式为：

当X(l)≥τ时，判决目标存在，记做u_j＝1，否则记做u_j＝0；第j个节点的检测概率表示为其中(x_t,y_t)表示被动目标所在位置，d_j(x_t,y_t)表示(x_t,y_t)位置的目标与分布式系统中第j个节点的距离，σ²为被动目标于参考距离d₀＝1m处辐射的信号功率。

5.根据权利要求1所述的一种基于分布式传感器节点的被动目标检测方法，其特征在于，所述步骤4具体实现方法为：

分布式检测系统各个传感器之间无信息交互，传感器与融合中心无反馈；根据每个节点的判决结果u_j、虚警概率p_fj和检测概率p_dj，得到融合中心的最优判决形式如下：

其中H₁表示有目标，H₀表示无目标；

利用分布式系统每个节点估计信号所得到达角，联合计算目标可疑位置，代入融合中心判决统计量Λ₁(u)，获得最终判决结果，确定目标存在与否。