一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法技术

本发明专利技术涉及一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法，通过引入海洋环境数据作为决策变量，提升了水声通信效能评估的准确度，依据海洋环境库数据，通过对海洋环境历史数据和实测数据进行声场计算，将复杂的海洋环境数据问题整合简化为求解通信节点间传播损失最小值问题，并通过一定的通信效能评估与通信限制方位评估算法形成一套简便的水声通信辅助决策方法，方法输出的结果包括信号余量、通信距离、通信限制方位，基于上述结果能够有效预估通信效果较好的通信方位，进而为水声通信组网时，提供各个通信节点位置排布数值预报支撑。支撑。支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法


[0001]本专利技术涉及水声通信
，尤其涉及一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法。

技术介绍

[0002]现有的水声通信长期以来受到通信手段与通信距离限制，使通信难以在水下发挥有效作用。虽然传统水声通信辅助决策方法给出的结果为误码率、信噪比等参数，这些参数能够评估通信距离，但无法对通信节点位置布放提供辅助决策支持，也无法给出通信距离最大与通信效果最优的通信位置预报结果，即通信节点参数推荐。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法，以解决上述
技术介绍
中遇到的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法，包括以下步骤：
[0006]第一步：通过设定潜航器参数、通信节点参数，同时根据通信节点参数中位置参数获得的预处理后的海洋环境数据，以此提升水声通信效能评估的准确度；
[0007]第二步：通过在声场分析中引入所有数据，获得用于评估通信效能的高精度传播损失；
[0008]第三步：通过通信效能评估算法将水声通信的效果以通信距离和信号余量的方式进行数据化、直观化展示；
[0009]第四步：根据通信节点的海深以及声速剖面判断是否存在会聚区，在判断可产生会聚区的情况下，结合计算结果中的声轨迹和极限角，获得通信效果较佳的会聚区位置信息；
[0010]第五步：根据通信距离、信号余量、会聚区位置，获得最优的通信位置。
[0011]上述方案中，还需要结合通信效能评估算法计算得到的通信距离、信号余量以及会聚区计算结果，对不同方位上水声通信的效果进行评估。
[0012]上述方案中，还对通信限制方位进行评估，在得到通信效能评估结果和通信限制方位评估结果后，综合两者作为目标函数，作出最优的通信位置的数值预报，从而确定最优通信位置。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过引入海洋环境数据作为决策变量，提升了水声通信效能评估的准确度。依据海洋环境库数据，通过对海洋环境历史数据和实测数据进行声场计算，将复杂的海洋环境数据问题整合简化为求解通信节点间传播损失最小值问题，并通过一定的通信效能评估与通信限制方位评估算法形成一套简便的水声通信辅助决策方法，方法输出的结果包括信号余量、通信距离、通信限制方位，基于上述结果能够有效预估通信效果较好的通信方位，进而为水声通信组网时，提供各个通信节点位置排布
数值预报支撑。
附图说明
[0014]参照附图来说明本专利技术的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本专利技术的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
[0015]图1为本专利技术水声通信辅助决策方案架构图。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示本专利技术有关的构成。
[0017]根据本专利技术的技术方案，在不变更本专利技术实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本专利技术的技术方案的示例性说明，而不应当视为本专利技术的全部或者视为对本专利技术技术方案的限定或限制。
[0018]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。
[0019]实施例1，如图1所示，一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法，包括以下步骤：
[0020]第一步：通过设定潜航器参数、通信节点参数，同时根据通信节点参数中位置参数获得的预处理后的海洋环境数据，以此提升水声通信效能评估的准确度。
[0021]潜航器参数包括任务区域位置、声源级、发射指向性指数；所述通信节点参数包括经纬度和深度；所述环境数据包括海底高程数据、海洋水文数据、海洋底质数据。其中，海底高程数据的数据结构为：以通信节点位置为原点，在不同方位上高程随距离变化而变化。
[0022]第二步：通过在声场分析中引入所有数据，获得用于评估通信效能的高精度传播损失。
[0023]声场分析的结果为传播损失，计算结果可表示为TL(θ,d,h)，其中θ为方位，d为与原点水平距离，h为深度。传播损失在计算时采用经典射线模型进行计算，计算需基于环境数据、潜航器参数以及通信节点参数。
[0024]通常在确定接收水听器位置和发射水听器位置的情况下进行信号级的仿真，着重分析水声通信的误码率、信噪比等参数，并以此作为水声通信辅助决策的依据，将基于海洋环境数据计算得到的传播损失作为通信的约束条件处理。
[0025]第三步：通过通信效能评估算法获得通信距离和信号余量，并将水声通信的效果以通信距离和信号余量的方式进行数据化、直观化展示。
[0026]首先利用声纳通信方程计算获得最大允许传播损失FOM值，其方程式为：
[0027]FOM＝SL
‑
NL+AG
‑
DT
[0028]其中，SL代表发送端声源级，NL为噪声级，AG为阵列处理增益，DT为接收端正好完成通信任务的阈值。
[0029]其中，通信距离的获得：当FOM值等于传播损失TL时，正好能完成通信任务，根据不同方位上的声场分析结果，找到传播损失达到优质因数时对应的水平距离即为平台的最大
通信距离Dist。
[0030]其中，信号余量的获得：信号余量SE表达式：
[0031]SE(θ,d,h)＝SL
‑
NL+AG
‑
DT
‑
TL(θ,d,h)
[0032]第四步：根据通信节点的海深以及声速剖面判断是否存在会聚区，在判断可产生会聚区的情况下，结合计算结果中的声轨迹和极限角，获得通信效果较佳的会聚区位置信息。
[0033]第五步：根据通信距离、信号余量、会聚区位置，并结合模拟退火算法确定通信位置。通信位置包括通信节点方向、通信节点距离、通信节点深度。
[0034]实施例2，如图1所示，与实施例1不同的是：第四步之后，还需要结合通信效能评估算法计算得到的通信距离、信号余量以及会聚区计算结果，对不同方位上水声通信的效果进行评估。
[0035]其中，对不同方位上水声通信的效果进行评估的评估规则为：
[0036]①
当一个方位存在会聚区时，其邻近的海域内则存在影区，在需求通信距离不远的情况下，将存在会聚区的方位增加一个评估系数A1，该系数为负值；
[0037]②
根据通信距离排出各个方位的评估系数A2，该系数的值遵从根据通信距离从小到大排列这一规则；
[0038]③
根据信号余量排除各个方位的评估系数A3，该系数的值由方位上影区分布大小决定，该系数为负值；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：通过设定潜航器参数、通信节点参数，同时根据通信节点参数中位置参数获得的预处理后的海洋环境数据；第二步：通过在声场分析中引入所有数据，获得用于评估通信效能的高精度传播损失；第三步：通过通信效能评估算法将水声通信的效果以通信距离和信号余量的方式进行数据化、直观化展示；第四步：根据通信节点的海深以及声速剖面判断是否存在会聚区，在判断可产生会聚区的情况下，结合计算结果中的声线轨迹和极限角，获得会聚区位置信息；第五步：根据通信距离、信号余量、会聚区位置，获得最优的通信位置。2.根据权利要求1所述的一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法，其特征在于：在第一步中，所述潜航器参数包括任务区域位置、声源级、发射指向性指数；所述通信节点参数包括经纬度和深度；所述环境数据包括海底高程数据、海洋水文数据、海洋底质数据。3.根据权利要求2所述的一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法，其特征在于：所述海底高程数据的数据结构为：以通信节点位置为原点，在不同方位上高程随距离变化而变化。4.根据权利要求1所述的一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法，其特征在于：在第二步中，传播损失计算采用经典射线模型进行计算，计算需基于环境数据、潜航器参数以及通信节点参数。5.根据权利要求1所述的一种基于海洋环境数据进行水声通信的辅助决策方法，其特征在于：在第五步中，所述通信位置包括通信节点方向、通信节点距...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆桦，
申请(专利权)人：北京中安智能信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：