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(jìn)行具體的運(yùn)算，式(4)和式(5)代表頻率分別為f1，f2的兩個(gè)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
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(shí)現(xiàn)。本文所用的柱狀換能器共有4個(gè)頻帶，每個(gè)頻帶有16個(gè)頻點(diǎn)，頻率由低到高依次代表了0000到1111共16個(gè)二進(jìn)制數(shù)，換能器一次發(fā)送4個(gè)4位二進(jìn)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://m.butianyuan.cn/article/160292.htm
整個(gè)過程信號傳輸和變換的流程如下：
分別來自這4個(gè)頻帶的4個(gè)代表了二進(jìn)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(shí)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(jì)算機(jī)處理的有限長離散序列，此時(shí)可得出信號的頻譜。這時(shí)在頻譜中可以得出信號幅度的極值點(diǎn)，而極值點(diǎn)對應(yīng)的頻點(diǎn)就代表了傳送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。現(xiàn)在利用幅度的衰減來進(jìn)行定位，所以對傳送的具體的二進(jìn)制數(shù)據(jù)可不必詳細(xì)追究，主要關(guān)注信號的頻率和接收端信號的幅度。
2．2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
本節(jié)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于換能器的海上試驗(yàn)，檢驗(yàn)利用上述方法得到的節(jié)點(diǎn)之間的距離與實(shí)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(yuǎn)近距離找到與此對應(yīng)的公式，例如淺海遠(yuǎn)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(gè)距離r，和實(shí)際距離R比較，以檢驗(yàn)本文方法是否準(zhǔn)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(gè)熱點(diǎn)問題，針對水下的情況，通過研究水下聲波傳輸過程特點(diǎn)進(jìn)而推出節(jié)點(diǎn)之間的距離來進(jìn)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(diǎn)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(shí)際應(yīng)用中。
隨著技術(shù)發(fā)展，水下節(jié)點(diǎn)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(jì)，新目標(biāo)的引入必將推動該領(lǐng)域新的發(fā)展。
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