CN109061652B - 一种水声组网探测***的探测效能评估方法 - Google Patents

一种水声组网探测***的探测效能评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109061652B
CN109061652B CN201810724818.6A CN201810724818A CN109061652B CN 109061652 B CN109061652 B CN 109061652B CN 201810724818 A CN201810724818 A CN 201810724818A CN 109061652 B CN109061652 B CN 109061652B
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
detection
theta
distance
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810724818.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109061652A (zh
Inventor
张驰
唐建生
张立琛
张晓亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CSSC Systems Engineering Research Institute
Original Assignee
CSSC Systems Engineering Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CSSC Systems Engineering Research Institute filed Critical CSSC Systems Engineering Research Institute
Priority to CN201810724818.6A priority Critical patent/CN109061652B/zh
Publication of CN109061652A publication Critical patent/CN109061652A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109061652B publication Critical patent/CN109061652B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08—Systems for measuring distance only

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种水声组网探测***的探测效能评估方法，包括：根据声纳方程，计算得到探测***在不同方向处的理论探测距离，并通过试验测量得到不同方向处的实际探测距离；根据理论探测距离和实际探测距离，解算得到探测能力系数；根据选取的网络中距离最远的节点a和节点b之间的通信时延解算得到通信能力系数；根据节点a与节点b之间的传播损失，解算得到海洋环境表征能力系数；根据合作目标在试验水域中不同方向θ处的辐射噪声级，解算得到目标特性表征能力系数；根据从专家数据库中获取的权重系数解算得到探测***的探测效能评估值。通过本发明能够尽可能全面、客观的对***各方面性能进行评价比较，还能够为***的优化配置提供科学的参考依据。

Description

一种水声组网探测***的探测效能评估方法
技术领域
本发明属于水声探测技术领域，尤其涉及一种水声组网探测***的探测效能评估方法。
背景技术
随着水下声传感器组网技术的发展，利用静止的水下被动传感网络、运动的水下航行器主/被动探测平台联合探测水下目标，能够有效提高***探测性能。探测平台的立体化、多元化、复杂化为整个***的探测效能评估提出了更高的要求。
层次分析法是一种最为常用的***效能评估方法，核心在于按照逻辑关系将***效能逐层分解，其内在的层次分解逻辑可概括为“总***-子***-子***指标”。层次分解后，需计算各子***指标，然后按照权重计算子***的效能，再按照子***权重计算总***效能。该方法的本质是子***效能评估结果的加权求和，其发展建立在对单个设备效能评估的基础之上。事实上，组网探测***的效能并不能简单的看作是各设备探测效能的线性组合。网络中各节点间的信息传递效率、信道效应和目标特性等因素，都会综合影响整个网络的探测效能，而传统的基于“***结构层级划分”的层次分析法不能考量到这些方面的因素，对于海洋环境、目标特征的不确定性不具备表征能力。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种水声组网探测***的探测效能评估方法，有效的提高了对水下目标的探测范围与感知性能，不仅能够尽可能全面、客观的对***各方面性能进行评价比较，还能够为***的优化配置提供科学的参考依据。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种水声组网探测***的探测效能评估方法，包括：
根据声纳方程，计算得到探测***在不同方向θ处的理论探测距离R0(θ)，并通过试验测量得到不同方向θ处的实际探测距离R1(θ)；
根据所述理论探测距离R0(θ)和所述实际探测距离R1(θ)，解算得到探测能力系数A1；
选取网络中距离最远的两个节点a、b，根据节点a与节点b之间的通信时延解算得到通信能力系数A2；
根据节点a与节点b之间的传播损失，解算得到海洋环境表征能力系数A3；
根据合作目标在试验水域中不同方向θ处的辐射噪声级，解算得到目标特性表征能力系数A4；
从专家数据库中获取A1、A2、A3和A4对应的权重系数η1、η2、η3和η4，并解算得到探测***的探测效能评估值A0＝A1η1+A2η2+A3η3+A4η4。
在上述水声组网探测***的探测效能评估方法中，所述根据所述理论探测距离R0(θ)和所述实际探测距离R1(θ)，解算得到探测能力系数A1，包括：
根据所述理论探测距离R0(θ)和所述实际探测距离R1(θ)，解算得到探测距离系数rp(θ)：
Figure BDA0001719539340000021
取在θ方向上R1(θ)距离处的探测次数为M，在θ方向上R1(θ)距离处成功探测到目标的次数为m，则探测的概率PT(θ)为：
Figure BDA0001719539340000022
则，探测能力系数A1为：
Figure BDA0001719539340000023
其中，N表示N个不同的方向。
在上述水声组网探测***的探测效能评估方法中，M＞100；若A1＞1，则令A1＝1。
在上述水声组网探测***的探测效能评估方法中，所述选取网络中距离最远的两个节点a、b，根据节点a与节点b之间的通信时延解算得到通信能力系数A2，包括：
确定节点a与节点b之间的距离D；
根据节点a与节点b之间的距离D，解算得到理论通信时延τ0：
Figure BDA0001719539340000031
其中，c表示测量试验水域在节点深度处的声速；
确定平均实际时延τ1、误码率pm，以及，节点a与节点b之间通信时经过的中继节点数w，并解算得到通信能力系数A2：
Figure BDA0001719539340000032
在上述水声组网探测***的探测效能评估方法中，若A2＞1，则令A2＝1。
在上述水声组网探测***的探测效能评估方法中，所述根据节点a与节点b之间的传播损失，解算得到海洋环境表征能力系数A3，包括：
根据从节点a发送编码信号至节点b的次数K，解算得到节点a与节点b之间的传播损失的平均理论值TL1；其中，K＞1000；
采用声场建模算法仿真，通过Monte Carlo方法，得到节点a与节点b之间的传播损失的平均估计值TL0；
根据传播损失的平均理论值TL1和传播损失的平均估计值TL0，解算得到海洋环境表征能力系数A3：
Figure BDA0001719539340000033
在上述水声组网探测***的探测效能评估方法中，所述根据合作目标在试验水域中不同方向θ处的辐射噪声级，解算得到目标特性表征能力系数A4，包括：
确定在试验水域中合作目标在运动过程中对应的I个目标坐标；
分别记录L个节点接收到的等效辐射噪声级Sn(l,i)；其中，i＝1、2、3…I，l＝1、2、3…L；
根据节点坐标和目标坐标之间的关系，计算目标i与节点l之间的夹角
Figure BDA0001719539340000044
并确定合作目标在夹角
Figure BDA0001719539340000041
方向的辐射噪声级
Figure BDA0001719539340000042
求解目标特性表征能力系数A4：
Figure BDA0001719539340000043
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开的水声组网探测***的探测效能评估方法，除传统方法中关注的设备自身探测性能外，全面的考虑了设备自身的探测能力、设备间的信息传递能力、***对海洋环境的表征能力以及对目标特性的表征能力，对影响***效能的各方面因素给出了综合而全面的考量评价体系，提高了对水下目标的探测范围与感知性能，合理的效能评估方法不仅能够尽可能全面、客观的对***各方面性能进行评价比较，还能够为***的优化配置提供科学的参考依据。
(2)本发明提供了***级指标的分解评估，在***设计和方案论证阶段，能够对***的探测性能进行预测性分析；在***研制阶段，能够以***探测效能作为优化目标，对***进行优化设计；在***应用阶段，能够对***的各方面性能进行全面客观的比较评估，进而制定优化配置方案，为***的科学使用提供依据。
附图说明
图1是本发明实施例中一种水声组网探测***的探测效能评估方法的层次分解示意图；
图2是本发明实施例中一种水声组网探测***的探测效能评估方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
参照图1，示出了本发明实施例中一种水声组网探测***的探测效能评估方法的层次分解示意图。在本实施例中，可按照“***自身因素”与“客观环境因素”将探测***的效能评估分为两大方面；进一步的，“***自身因素”可分解为“探测能力因素”和“通信能力因素”，“客观环境因素”可分解为“海洋环境表征能力因素”和“目标特性表征能力因素”。
进一步的，“探测能力因素”具体可以包括：探测距离和检测概率等因素，“通信能力因素”具体可以包括：***延时和误码率等因素，“海洋环境表征能力因素”具体可以包括：传播损失估计误差等因素，“目标特性表征能力因素”具体可以包括：目标特性测量误差，其中，目标特性表征能力指***对目标的辐射噪声测量误差。
综上可见，本发明所述的水声组网探测***的探测效能评估方法对***的探测效能进行了分级分解处理，最终按照划分的层次加权求出***的总探测效能。在本实施例中，***探测能力包含了受各传感设备探测性能综合影响的***探测距离和目标检测概率等因素；***通信能力包含了由于***时延和误码率影响***通信能力的因素；***对海洋环境表征能力包含了***对传播损失的估计能力，是对海洋环境不确定性认知能力的体现；***对目标特性的表征能力包含了***对合作目标在理想环境中的测量准确性；各层次中因素都是体现***能力的因素，而非某子***或某设备性能指标的因素，能够对***的各方面性能进行全面客观的比较评估，进而制定优化配置方案，为***的科学使用提供依据。
参照图2，示出了本发明实施例中一种水声组网探测***的探测效能评估方法的步骤流程图。在本实施例中，所述水声组网探测***的探测效能评估方法，包括：
步骤101，根据声纳方程，计算得到探测***在不同方向θ处的理论探测距离R0(θ)，并通过试验测量得到不同方向θ处的实际探测距离R1(θ)。
在本实施例中，探测距离可根据声纳方程中的传播损失TL计算得到：球面扩展假设下，TL＝20lgr，r表示探测距离的关心范围。测量实际探测距离时，在不同方向上的较近距离处(比如预测距离5km，较近距离可取2-3km)，通过调降声源级，测量最小可检测声源级MDSL，通过传播损失TL折算得到实际探测距离R1(θ)。
步骤102，根据所述理论探测距离R0(θ)和所述实际探测距离R1(θ)，解算得到探测能力系数A1。
在本实施例中，可以通过如下方式计算得到探测能力系数A1：
根据所述理论探测距离R0(θ)和所述实际探测距离R1(θ)，解算得到探测距离系数rp(θ)：
Figure BDA0001719539340000061
取在θ方向上R1(θ)距离处的探测次数为M，在θ方向上R1(θ)距离处成功探测到目标的次数为m，则探测的概率PT(θ)为：
Figure BDA0001719539340000062
则，探测能力系数A1为：
Figure BDA0001719539340000063
其中，N表示N个不同的方向。
优选的，M＞100；若A1＞1，则令A1＝1。
其中，需要说明的时，成功探测到目标的标准是接收机经过目标检测后，目标回波信号高于***设定的门限值。
步骤103，选取网络中距离最远的两个节点a、b，根据节点a与节点b之间的通信时延解算得到通信能力系数A2。
在本实施例中，可以通过如下方式计算得到通信能力系数A2：
确定节点a与节点b之间的距离D。
根据节点a与节点b之间的距离D，解算得到理论通信时延τ0：
Figure BDA0001719539340000064
其中，c表示测量试验水域在节点深度处的声速。
确定平均实际时延τ1、误码率pm，以及，节点a与节点b之间通信时经过的中继节点数w，并解算得到通信能力系数A2：
Figure BDA0001719539340000071
优选的，若A2＞1，则令A2＝1。
其中，需要说明的是，w+2表示信号从节点a传输到节点b的过程中途径的中继节点数w及节点a和节点b本身。
步骤104，根据节点a与节点b之间的传播损失，解算得到海洋环境表征能力系数A3。
在本实施例中，可以通过如下方式计算得到海洋环境表征能力系数A3：
根据从节点a发送编码信号至节点b的次数K，解算得到节点a与节点b之间的传播损失的平均理论值TL1；其中，K＞1000。
采用声场建模算法仿真，通过Monte Carlo方法，得到节点a与节点b之间的传播损失的平均估计值TL0。
根据传播损失的平均理论值TL1和传播损失的平均估计值TL0，解算得到海洋环境表征能力系数A3：
Figure BDA0001719539340000072
其中，需要说明的是，声场建模算法指不同频率下的典型方法，高频采用BELLHOP模型，低频采用RAM模型。
步骤105，根据合作目标在试验水域中不同方向θ处的辐射噪声级，解算得到目标特性表征能力系数A4。
在本实施例中，可以通过如下方式计算得到目标特性表征能力系数A4：
确定在试验水域中合作目标在运动过程中对应的I个目标坐标。
分别记录L个节点接收到的等效辐射噪声级Sn(l,i)；其中，i＝1、2、3…I，l＝1、2、3…L。
根据节点坐标和目标坐标之间的关系，计算目标i与节点l之间的夹角
Figure BDA0001719539340000084
并确定合作目标在夹角
Figure BDA0001719539340000081
方向的辐射噪声级
Figure BDA0001719539340000082
求解目标特性表征能力系数A4：
Figure BDA0001719539340000083
其中，需要说明的是，合作目标在试验水域中测量辐射噪声时，其位置需固定，实际测量等效辐射噪声级时，需根据目标与节点距离折算掉传播损失值。
步骤106，从专家数据库中获取A1、A2、A3和A4对应的权重系数η1、η2、η3和η4，并解算得到探测***的探测效能评估值A0＝A1η1+A2η2+A3η3+A4η4。
在本实施例中，专家数据库中存储的权重系数η1、η2、η3和η4可根据对探测***的不同能力的重视程度确定，本实施例对此不作限制，
本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种水声组网探测***的探测效能评估方法，其特征在于，包括：
根据声纳方程，计算得到探测***在不同方向θ处的理论探测距离R0(θ)，并通过试验测量得到不同方向θ处的实际探测距离R1(θ)；
根据所述理论探测距离R0(θ)和所述实际探测距离R1(θ)，解算得到探测距离系数rp(θ)：
Figure FDA0002577864400000011
取在θ方向上R1(θ)距离处的探测次数为M，在θ方向上R1(θ)距离处成功探测到目标的次数为m，则探测的概率PT(θ)为：
Figure FDA0002577864400000012
则，探测能力系数A1为：
Figure FDA0002577864400000013
其中，N表示N个不同的方向，M＞100，若A1＞1，则令A1＝1；
确定节点a与节点b之间的距离D；根据节点a与节点b之间的距离D，解算得到理论通信时延τ0：
Figure FDA0002577864400000014
确定平均实际时延τ1、误码率pm，以及，节点a与节点b之间通信时经过的中继节点数w，并解算得到通信能力系数A2：
Figure FDA0002577864400000015
其中，c表示测量试验水域在节点深度处的声速，若A2＞1，则令A2＝1；
根据从节点a发送编码信号至节点b的次数K，解算得到节点a与节点b之间的传播损失的平均理论值TL1；采用声场建模算法仿真，通过Monte Carlo方法，得到节点a与节点b之间的传播损失的平均估计值TL0；根据传播损失的平均理论值TL1和传播损失的平均估计值TL0，解算得到海洋环境表征能力系数A3：
Figure FDA0002577864400000016
其中，K＞1000；
确定在试验水域中合作目标在运动过程中对应的I个目标坐标；分别记录L个节点接收到的等效辐射噪声级Sn(l,i)；根据节点坐标和目标坐标之间的关系，计算目标i与节点l之间的夹角
Figure FDA0002577864400000017
并确定合作目标在夹角
Figure FDA0002577864400000018
方向的辐射噪声级
Figure FDA0002577864400000021
求解目标特性表征能力系数A4：
Figure FDA0002577864400000022
其中，i＝1、2、3…I，l＝1、2、3…L；
从专家数据库中获取A1、A2、A3和A4对应的权重系数η1、η2、η3和η4，并解算得到探测***的探测效能评估值A0＝A1η1+A2η2+A3η3+A4η4。
CN201810724818.6A 2018-07-04 2018-07-04 一种水声组网探测***的探测效能评估方法 Active CN109061652B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810724818.6A CN109061652B (zh) 2018-07-04 2018-07-04 一种水声组网探测***的探测效能评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810724818.6A CN109061652B (zh) 2018-07-04 2018-07-04 一种水声组网探测***的探测效能评估方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109061652A CN109061652A (zh) 2018-12-21
CN109061652B true CN109061652B (zh) 2020-11-20

Family

ID=64818758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810724818.6A Active CN109061652B (zh) 2018-07-04 2018-07-04 一种水声组网探测***的探测效能评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109061652B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110109087B (zh) * 2019-05-07 2021-02-02 中国科学院声学研究所 一种声纳不规则探测范围显示方法及***

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102830402A (zh) * 2012-09-10 2012-12-19 江苏科技大学 水下传感器网络目标跟踪***及方法
CN104918263A (zh) * 2015-06-08 2015-09-16 浙江理工大学 一种基于水声传感器网的移动辅助组网装置及其组网方法
CN105242275A (zh) * 2015-09-29 2016-01-13 燕山大学 基于一致性估计与休眠调度的水下目标协同追踪方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102830402A (zh) * 2012-09-10 2012-12-19 江苏科技大学 水下传感器网络目标跟踪***及方法
CN104918263A (zh) * 2015-06-08 2015-09-16 浙江理工大学 一种基于水声传感器网的移动辅助组网装置及其组网方法
CN105242275A (zh) * 2015-09-29 2016-01-13 燕山大学 基于一致性估计与休眠调度的水下目标协同追踪方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
声诱饵干扰主动声纳浮标声探测效能分析;杨真勇等;《兵工自动化》;20100831;第29卷(第8期);第23-24页 *
水下多平台探测网阵位配置研究;***;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》;20180630;第C036-451页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109061652A (zh) 2018-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cobos et al. A survey of sound source localization methods in wireless acoustic sensor networks
Leung et al. Prediction of noisy chaotic time series using an optimal radial basis function neural network
CN103257347B (zh) 一种实际使用环境下的声纳作用距离指标的获取方法
Cheng et al. Node selection algorithm for underwater acoustic sensor network based on particle swarm optimization
Zhang et al. Node topology effect on target tracking based on UWSNs using quantized measurements
Nain et al. Hybrid optimization for fault‐tolerant and accurate localization in mobility assisted underwater wireless sensor networks
CN112887901A (zh) 一种基于量化toa量测的凸优化目标定位方法
KR101817011B1 (ko) 군집화 특성 기반의 능동소나 클러터 제거 방법 및 장치
CN109061652B (zh) 一种水声组网探测***的探测效能评估方法
CN117010132B (zh) 一种水下多基地声纳***的空间阵位优化方法及***
Zhou et al. A Robust Detection and Optimization Approach for Delayed Measurements in UWB Particle-Filter-Based Indoor Positioning
US9100317B1 (en) Self surveying portable sensor nodes
CN103487793A (zh) 一种基于简正波理论的宽带混响波形仿真方法
CN107197519B (zh) 基于改进的最小二乘支持向量机的水下目标定位方法
Ristic et al. Gaussian mixture multitarget–multisensor Bernoulli tracker for multistatic sonobuoy fields
KR101480834B1 (ko) 다중 경로 음파 전달 모델 및 표적 식별을 이용한 표적 기동분석 방법
Park et al. Intelligent handover prediction based on locational priority with zero scanning for the Internet of underwater things
Fu et al. Navigation error prediction for UWAN based on AUV
McCarthy et al. Reduced-order machine-learning model for transmission loss prediction in underwater acoustics
Gerstoft et al. Estimation of transmission loss in the presence of geoacoustic inversion uncertainty
Sha et al. Bayesian sonar detection performance prediction with source position uncertainty using SWellEx-96 vertical array data
Masmitjà Rusiñol et al. Range-only underwater target localization: error characterization
Yang et al. Bayesian passive acoustic tracking of a cooperative moving source in shallow water
CN116449294A (zh) 一种基于ide-bp神经网络的实时水声定位方法
Chen et al. Research on optimum operating parameters selection of active sonar in shallow water

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant