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《一种水下未知声源定位方法的研究_张涵.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、计算机测量与控制.2011.19(9)2220ComputerMeasurement&Control设计与应用文章编号:1671-4598(2011)09-2220-03中图分类号:P75文献标识码:A一种水下未知声源定位方法的研究张涵,付斌,刘纯虎,连琏(上海交通大学,海洋工程国家重点实验室,上海200240)摘要:随无线传感器网络技术快速发展,基于传感器网络的水下定位系统被广泛提出;然而,降低节点成本、降低节点功耗成为该技术走向实用化发展的关键所在;通过将传感器网络技术和声波传播衰减原理相融合,进一步建立新的基于
2、传感器网络的水下未知声源定位方法数学模型,并通过实测水下声源与计算机仿真相结合,分析了该模型受反射波、环境噪声和噪声源距离变化影响程度,验证其可行性,提出系统误差修正方法。关键词:未知声源;声波传播衰减;声压;特征频率ResearchonUnderwaterPositioningforUnknownSoundSourceZhangHan,FuBin,LiuChunhu,LianLian(StateKeyLaboofOceanicProject,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)Abstract:Wit
3、htherapiddevelopmentofWirelessSensorNetworks(WSN),theunderwaterpositioningsystembasedonWSNwaspres-ented.However,thecostandpowerofnodesrestrictthedevelopingofWSNtechnology.Throughthefusionofsensornetworksandsoundpropagationloss,anewmathematicalmodelofunderwaterunknownsoundlocalizationme
4、thodbasedonsensornetworksisestablished.Thencombiningtheunderwatersoundsourcewithcomputersimulation,howthismodelisinfluencedbyreflectedwave,environmentalnoiseandthelocationofthesoundsourceisanalyzed.Amethodispresentedtocorrecttheconstantsystematicerrors.Keywords:unknownsoundsource;sound
5、propagationloss(SPL);soundpressure;characteristicfrequency0概述性,通过将传感器网络技术和声波传播衰减原理相融合,进一步建立新的基于传感器网络的水下未知声源定位方目前,潜水器作业中常用的是基于母船搭载的水听器阵法的数学模型,并通过实测水下声源与计算机仿真相结合,列的超短基线定位方式或预先布设的水下基站的长基线定位分析了该模型受反射波、环境噪声和噪声源距离变化影响程方式;而对潜水器轨迹变化需求较高的情况,多采用水声定度,验证其可行性,提出系统误差修正方法。该方法有望应用位与惯导系统相结合的组合导航
6、,并采用多个传感器之间的数据融合方式[1]。以上定位方式或者需要昂贵的传感器做支于不明水下入侵物的监测,鱼类行迹跟踪,自然灾害的预测和水下作业状况的监视等领域。持,或者需要母船长时间相伴。随海上载波相位动态实时差分全球定位系统技术的成熟,有研究提出GPS-水声结合的1原理全新定位方案,并在AUV定位、海底地壳变化观测中取得11SPL测距及已知声源定位较好的效果,国外已有产品面世[2]。该方法的优势在于水面声波远离声源过程中所产生的能量损失成为传播衰减基站取代海底基站,大幅减小了基站成本及基站布设成本。(PropagationLoss:SPL),考虑声波传播衰减
7、的波动方程如式随陆地领域无线传感器网络技术的快速发展,将WSN技术(1)所示,其中[dB/m]为衰减系数,即单位距离衰减量。引入水下定位系统,通过建立多台海面节点间的无线通讯,(x,t)=0e-xei(t-krx)(1)构成定位传感器网络,一方面增强了系统的抗干扰性,一方为简化模型,下文中我们仅讨论传播过程中声压强度的变面扩大了定位范围[3]。因此,水面节点的低成本化和低能耗化。PL由几何发散产生的扩散衰减和介质吸收产生的吸收衰[6]化是推进该技术产品化的关键所在。因此,我们曾针对潜水减两部分组成,与传播距离r间关系如式(2)所示。器等可发射已知声
