基于信號幅度衰減測距的水下定位方法
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電信號與聲波信號關(guān)系的具體公式如下：
發(fā)送端電信號轉(zhuǎn)換為聲信號公式為：
接收端聲信號轉(zhuǎn)換為電信號公式為：
Mu=Ur／Pr (5)
可以將距離表示為關(guān)于頻率和幅度衰減的函數(shù)，下面進行具體的運算，式(4)和式(5)代表頻率分別為f1，f2的兩個信號經(jīng)過圖1所示流程：
其中：將[(α1+αL1)-(α2+αL2)]記為α(f1，f2)，在最大反轉(zhuǎn)距離H，水溫t，海況級數(shù)n確定以后，α(f1，f2)就是關(guān)于f1，f2的函數(shù)；然后再將發(fā)送接收端電聲轉(zhuǎn)換公式代入，可以得到：
2 方法的分析和實驗設(shè)計
2．1 信號轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的流程
下面從信號處理的角度來分析本文方法的具體實現(xiàn)。本文所用的柱狀換能器共有4個頻帶，每個頻帶有16個頻點，頻率由低到高依次代表了0000到1111共16個二進制數(shù)，換能器一次發(fā)送4個4位二進制數(shù)，共16位。信號轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的流程如圖2所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/160292.htm
整個過程信號傳輸和變換的流程如下：
分別來自這4個頻帶的4個代表了二進制數(shù)的信號疊加后由換能器發(fā)送，發(fā)送端換能器將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號，接收端換能器再將經(jīng)過衰減的聲信號轉(zhuǎn)換回電信號，這時電信號經(jīng)過前置低通濾波器、A／D轉(zhuǎn)換、加窗處理變換為可以由數(shù)字濾波器或計算機處理的有限長離散序列，此時可得出信號的頻譜。這時在頻譜中可以得出信號幅度的極值點，而極值點對應(yīng)的頻點就代表了傳送的二進制數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在利用幅度的衰減來進行定位，所以對傳送的具體的二進制數(shù)據(jù)可不必詳細追究，主要關(guān)注信號的頻率和接收端信號的幅度。
2．2 實驗設(shè)計
本節(jié)設(shè)計了一個基于換能器的海上試驗，檢驗利用上述方法得到的節(jié)點之間的距離與實際距離是否相同或接近。
首先按設(shè)定的距離(記為R)布置好換能器，然后根據(jù)深海淺海、遠近距離找到與此對應(yīng)的公式，例如淺海遠距離：
式中：
部分為換能器本身的參數(shù)，可從生產(chǎn)廠家得知
部分為信號幅度比，可以從發(fā)送接收端得到；α(f1，f2)部分中f1，f2是已知的，而t，n，H可通過現(xiàn)場測量考察得到。利用該公式求得一個距離r，和實際距離R比較，以檢驗本文方法是否準確。
3 結(jié)語
水下定位是水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一個熱點問題，針對水下的情況，通過研究水下聲波傳輸過程特點進而推出節(jié)點之間的距離來進行定位。基于信號幅度衰減測距的水下定位方法不僅能夠滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位的要求，而且其成本較低，易理解及操作，精度高，可用于實際應(yīng)用中。
隨著技術(shù)發(fā)展，水下節(jié)點的能量問題可能會因電池能夠長久供電而變成次要問題，由此引起了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連通性、定位、路由等問題的重新分析與設(shè)計，新目標的引入必將推動該領(lǐng)域新的發(fā)展。
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