一種基于包絡(luò)相關(guān)的水下動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)測(cè)距方法

郭亞靜 李寧 姚金杰 王黎明

摘 要：針對(duì)淺海海域的水聲環(huán)境復(fù)雜多變，由水聽器直接觀測(cè)的信號(hào)常常被一些噪聲覆蓋的情況，提出一種基于包絡(luò)相關(guān)的水下動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)測(cè)距方法，并實(shí)現(xiàn)對(duì)水下動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精確的距離測(cè)量。根據(jù)測(cè)距信號(hào)在淺海水域信道傳播的特性，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行巴特沃斯粗濾波、小波變換細(xì)去噪、包絡(luò)相關(guān)的方法處理，有效保留信號(hào)的邊沿、突變的信息，去除噪聲的影響，通過將兩通道的信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)相關(guān)取得精確的時(shí)延差，并依據(jù)距離公式對(duì)節(jié)點(diǎn)間的距離進(jìn)行精確測(cè)量。水域?qū)嶒?yàn)結(jié)果表明，通過比較節(jié)點(diǎn)間距離的誤差，算法測(cè)距精度達(dá)到13 cm以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：淺海水域；水下節(jié)點(diǎn)；包絡(luò)相關(guān)；精確測(cè)距

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-5124（2016）09-0096-05

0 引 言

水下動(dòng)態(tài)目標(biāo)測(cè)距廣泛應(yīng)用在海洋試驗(yàn)、海洋勘探和海洋軍事等領(lǐng)域，由于實(shí)際的水聲環(huán)境復(fù)雜多變，由水聽器直接觀測(cè)的信號(hào)常常被一些噪聲污染，而無法對(duì)水下節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精確測(cè)距。節(jié)點(diǎn)定位信號(hào)常采用小波變換的方法處理，是為了對(duì)信號(hào)進(jìn)行野值剔除和保留邊沿信息[1]。對(duì)于節(jié)點(diǎn)間的距離定位，文獻(xiàn)[2]將偽隨機(jī)二進(jìn)制序列作為超聲擴(kuò)頻測(cè)距的方法，提出一種基于FFT的偽隨機(jī)包絡(luò)相關(guān)快速時(shí)延估計(jì)的算法。文獻(xiàn)[3]闡述了對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位采用一種距離相關(guān)蒙特卡洛定位算法，通過利用節(jié)點(diǎn)的RSSI測(cè)距性能最小化未知節(jié)點(diǎn)所在的估計(jì)區(qū)域，提高對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位的精度。文獻(xiàn)[4]中提到我國(guó)第一套水下高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)，在水深為45 m處，定位精度達(dá)到了30 cm；國(guó)外超短基線定位系統(tǒng)在最大作用距離8 000 m時(shí)，定位精度為作用距離的0.5%～1.0%[5]。

淺海海域的聲線傳播由于海底、海面的反射和全反射作用，使得海中任何一點(diǎn)接收到的聲信號(hào)都是許多傳播途徑的疊加；而廣義互相關(guān)時(shí)延估計(jì)的抗噪聲性能有限，需要噪聲的先驗(yàn)值[6]。因此根據(jù)本文系統(tǒng)中的淺海海域環(huán)境以及小范圍的測(cè)距，對(duì)信號(hào)采用粗濾波、細(xì)去噪的預(yù)處理方法，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)相關(guān)，通過計(jì)算系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)間的時(shí)延差，依據(jù)距離公式來精確測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的距離差。

4 結(jié)束語

針對(duì)本系統(tǒng)中聲定位信號(hào)特點(diǎn)，采用巴特沃斯粗濾波、小波變換細(xì)去噪、包絡(luò)相關(guān)的方法對(duì)信號(hào)取得距離差，同時(shí)與信號(hào)用廣義相關(guān)進(jìn)行距離定位的方法進(jìn)行比較，結(jié)果表明，本文提出的包絡(luò)相關(guān)距離測(cè)量方法誤差精度可達(dá)到13 cm以內(nèi)，該算法可廣泛應(yīng)用于目標(biāo)定位、傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視等領(lǐng)域，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

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（編輯：李妮）