【技术实现步骤摘要】
本申请属于海洋监测，特别是涉及一种基于otsm的姿态传感器和水听器数据对齐方法。
技术介绍
1、在当前的海洋观测和水下传感领域，数字水听器和姿态传感器的同步对齐技术主要分为以下几种方法：
2、1. 独立采集与后期对齐方法
3、在该方法中，水听器和姿态传感器各自独立采集数据，分别带有各自的时间戳，数据后期通过算法进行对齐。这种方式依赖独立的时钟源，导致在采集过程中可能产生时间漂移。常见的做法是，在后处理阶段将两组数据基于时间戳进行重新匹配，通过插值或其他对齐算法将两组不同频率的数据对齐。由于水听器和姿态传感器分别采集数据，独立时钟源的微小漂移可能造成数据时间的偏差，尤其在长时间采集过程中，漂移导致的时间误差难以消除。此外，不同传感器的数据采样频率通常不同，对齐算法复杂且计算成本较高，在实时性较高的应用中效果不理想。
4、2. 中央时钟同步方法
5、该方法利用统一的时钟源（如gps信号或高精度内部时钟）对水听器和姿态传感器的时间戳进行同步。具体而言，中央时钟发出的统一时间信号通过有线或无线的方式传递至各传感器，每个传感器在采集数据时基于此时钟标记时间戳。该方法在海洋或水下环境中应用较为受限。gps信号在水下传输受阻，即使在浅水区域，gps信号的波动也会影响时钟稳定性。此外，使用中央时钟同步方法通常需要高精度时钟设备，增加了设备成本，系统集成复杂，设备维护难度较大，不适合长期部署。
6、3. 硬件触发同步方法
7、该方法通过硬件触发信号的形式，将水听器和姿态传感器
8、以上三种现有技术方案在数字水听器与姿态传感器的数据同步上各有其缺陷：独立采集与后期对齐方法时间精度不足；中央时钟同步方法在水下环境中易受限制且设备成本高；硬件触发同步方案则需要较复杂的硬件接口设计，且信号传输延迟增加了数据误差。这些技术方法难以在动态水下环境中高效、低成本地实现水听器与姿态传感器的精确对齐，无法解决动态水下环境中水听器与姿态传感器数据时间戳不同步的技术问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术在海洋监测中存在的姿态传感器和水听器数据时间戳不同步的技术问题，本申请提出一种基于otsm的姿态传感器和水听器数据对齐方法。
2、在本申请的第一方面，本申请公开了一种基于otsm的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，包括：
3、步骤s1，分别独立采集姿态传感器数据和水听器数据，得到姿态传感器数据序列a和水听器数据序列b；
4、步骤s2，创建时间序列c，时间序列c时间间隔小于序列a和序列b的时间间隔，使得序列a和序列b的时间戳都能够在c中找到最接近的匹配点；
5、步骤s3，在水听器的信号中插入导频符号，将导频符号放置在每一帧的特定位置；
6、步骤s4，利用滑动窗口搜索方法在delay-time域中识别导频符号的峰值位置，进而确定信号在不同路径上的时延，并对数据进行时间同步；
7、步骤s5，在完成时间同步后，需要对信号中的频率偏移进行补偿，以实现姿态传感器和水听器数据在频率上的一致；
8、步骤s6，在姿态传感器数据序列a和水听器数据序列b中找到最接近tc的数据点，并将序列a和序列b中相应的数据点插入到时间序列c中相应的位置，以更新时间序列c；
9、步骤s7，对时间序列c的每一个时间点进行核对，查找同时包含姿态传感器和水听器数据的同步点，将满足条件的数据条目提取出来，生成新的对齐数据序列d；
10、步骤s8，将对齐数据序列输出用于后续的分析和处理。
11、进一步地，步骤s1中的姿态传感器数据包括姿态角、时间和加速度，水听器数据包括声波信号、频率、声强、波形和时间。
12、进一步地，步骤s2中时间序列c时间间隔小于序列a和序列b的时间间隔包括：所述姿态传感器的采样频率为10hz，所述水听器的采样频率为5hz，时间序列c的时间间隔为1hz。
13、进一步地，步骤s2中包括：定义时间序列c(tn, tag1, attitude, tag2,hydrophone)，从时间序列c中选择一个时间点tc作为当前处理的参考时间；其中tn为时间，attitude为姿态传感器数据，hydrophone为水听器数据，tag1和tag2分别代表姿态传感器数据和水听器数据标记，tag1和tag2初始值为0。
14、进一步地，步骤s4中进一步包括：对不同路径上的时延进行加权平均处理，计算出最终的同步时延，计算公式为：，其中，为第i个路径的时延，n为不同信号传播路径的数量，为不同路径的权重；根据加权平均后的时延对接收到的水听器信号进行时延补偿，使得姿态传感器与水听器数据在时间上同步。
15、进一步地，步骤s5包括：经过时间同步后，将包含导频符号的信号通过沃尔什-哈达玛变换转换到时延-序列域，在 时延-序列域中，利用导频信号的相位特性进行频率同步。
16、进一步地，步骤s5中利用导频信号的相位特性进行频率同步包括：
17、以导频符号作为频率基准计算载波频率偏移cfo，将估计得到的 cfo 值用于补偿信号中的频率漂移，确保姿态数据和水听器数据的频率对齐。
18、进一步地，步骤s6具体包括：
19、步骤s61，在序列a中查找最接近tc的数据点，若找到符合该时间戳的数据点t1，则将该数据插入时间序列c中的对应位置，设置tag1=1，以标记在tc时间点处有姿态传感器数据；若未找到符合条件的数据点，则将tag1=0；
20、步骤s62，在序列b中查找最接近tc的数据点，若找到符合该时间戳的数据点t2，则将该数据插入时间序列c中的对应位置，设置tag2=1，以标记在tc时间点处有水听器数据；若未找到符合条件的数据点，则将tag2=0。
21、在本申请的第二方面，本申请提供了一种计算机设备，其包括存储器、处理器和存储在存储器中可供处理器运行的程序指令，其中所述处理器执行所述程序指令以实现第一方面中任一项所述方法中的步骤。
22、在本申请的第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面中任一项所述的方法。
23、本申请公开了一种基于otsm的姿态传感器和水听器数据对齐方法，属于海洋监测
，本申请基于otsm同步技术来对齐姿态传感器和水听器数据的方法，通过时间轴和时延轴的同步算法，在水听器的信号中插入导频符本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于OTSM的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于OTSM的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，所述步骤S1中的姿态传感器数据包括姿态角、时间和加速度，水听器数据包括声波信号、频率、声强、波形和时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于OTSM的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，所述步骤S2中时间序列C时间间隔小于序列A和序列B的时间间隔包括：所述姿态传感器的采样频率为10Hz，所述水听器的采样频率为5Hz，时间序列C的时间间隔为1Hz。
4.根据权利要求1所述的一种基于OTSM的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，所述步骤S2中包括：定义时间序列C(Tn, tag1, attitude, tag2, hydrophone)，从时间序列C中选择一个时间点TC作为当前处理的参考时间；其中Tn为时间，attitude为姿态传感器数据，hydrophone为水听器数据，tag1和tag2分别代表姿态传感器数据和水听器数据标记，tag1和tag2初始值为0。
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6.根据权利要求1所述的一种基于OTSM的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，所述步骤S5包括：经过时间同步后，将包含导频符号的信号通过沃尔什-哈达玛变换转换到时延-序列域，在 时延-序列域中，利用导频信号的相位特性进行频率同步。
7.根据权利要求6所述的一种基于OTSM的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，所述步骤S5中利用导频信号的相位特性进行频率同步包括：以导频符号作为频率基准计算载波频率偏移CFO，将估计得到的CFO值用于补偿信号中的频率漂移，确保姿态数据和水听器数据的频率对齐。
8.根据权利要求1所述的一种基于OTSM的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：
9.一种计算机设备，其包括存储器、处理器和存储在存储器中可供处理器运行的程序指令，其中所述处理器执行所述程序指令以实现权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于otsm的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于otsm的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，所述步骤s1中的姿态传感器数据包括姿态角、时间和加速度，水听器数据包括声波信号、频率、声强、波形和时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于otsm的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，所述步骤s2中时间序列c时间间隔小于序列a和序列b的时间间隔包括：所述姿态传感器的采样频率为10hz，所述水听器的采样频率为5hz，时间序列c的时间间隔为1hz。
4.根据权利要求1所述的一种基于otsm的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，所述步骤s2中包括：定义时间序列c(tn, tag1, attitude, tag2, hydrophone)，从时间序列c中选择一个时间点tc作为当前处理的参考时间；其中tn为时间，attitude为姿态传感器数据，hydrophone为水听器数据，tag1和tag2分别代表姿态传感器数据和水听器数据标记，tag1和tag2初始值为0。
5.根据权利要求1所述的一种基于otsm的姿态传感器和水听器数据对齐方法，其特征在于，所述步骤s4中进一步包括：对不同路径上的时延进行加权平均处理，计算出最终的同步...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢建新，吴慰，朱宇琦，
申请(专利权)人：海南声科深蓝海洋技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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