شبکه موقعیت یاب هدف زیرآب با استفاده از الگوریتم Array-TDOA

تعیین موقعیت هدف در زیرآب دارای چالش های متفاوتی در مقایسه با فضای آزاد می باشد. متغیر بودن سرعت صوت در آب و نیز پایین بودن سرعت انتشار امواج صوتی در آب از جمله چالش های ارتباطات زیرآب می باشد. هدف از این مقاله، ارائه یک شبکه موقعیت یاب هدف زیرآب با استفاده از ساختار آرایه حسگری و پیشنهاد الگوریتم تخمین موقعیت هدف بنام Array-TDOA در شبکه موقعیت یاب ارائه شده می باشد. در این راستا، چالش متغیر بودن سرعت صوت در محیط زیرآب و نیز مسئله ناهمگامی هدف با حسگرهای شبکه بررسی می گردد. با در نظر گرفتن این دو چالش ساختاری برای شبکه حسگر زیرآب با استفاده از آرایه های حسگری پیشنهاد می گردد که قابلیت تعیین موقعیت اهداف ناهمگام با حسگرهای شبکه را دارا می باشد. در شبکه پیشنهادی، از روش شکل دهی پرتو در محیط ناهمگن زیرآب همراه با الگوریتم Array-TDOA جهت تخمین موقعیت هدف استفاده می شود. همچنین، برای روش پیشنهادی حد کرامر-راو محاسبه می گردد. سپس، با انجام شبیه سازی در نرم افزار MATLAB، خطای تعیین موقعیت روش پیشنهادی با استفاده از معیار RMSE محاسبه و با دقت روش TDOA برای محیط های همگن و همچنین روش TOA در محیط های ناهمگن مقایسه می گردد. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که شبکه پیشنهادی، با در نظر گرفتن ناهمگنی محیط زیرآب در تخمین موقعیت و شکل دهی پرتو، از دقت بسیار بالاتری، تقریبا نه برابر دقت روش TDOA برای محیط های همگن برخوردار است. همچنین، نتایج بیانگر این است که در روش پیشنهادی می توان با افزایش تعداد حسگرهای درون آرایه ها از ۴ به ۲۵، با صرف ۳۳% SNR کم تر به مقدار خطای تخمین موقعیت مشخصی دست یافت.

Keywords:

اختلاف زمان دریافت سیگنال , آرایه حسگری , شکل دهی پرتو , شبکه های حسگر بی سیم زیرآب , شبکه موقعیت یاب