基于无线传感器网络的磁性目标探测技术研究

发布时间：2019-10-17 14:36

【摘要】：磁性目标探测技术属于无源被动探测,因其隐蔽性强、抗干扰能力强和适用范围广等特点,在航空反潜、弹药引信和排雷排爆等领域具有十分广阔的应用前景。无线传感器网络作为目前信息领域新兴的重要发展方向之一,在战场环境监测与军事目标跟踪等方面具有监测范围大、隐蔽性强和抗毁性强等独特的优点。因此本文致力于研究基于无线传感器网络的磁性目标探测技术,提出了以磁偶极子模型为基础的定位算法,分析了影响算法精度的因素,设计了硬件实验系统,并开展了相应的仿真和实验研究。首先,为了解决现有磁性目标探测方法计算量大、实时性差等缺陷,在磁偶极子模型的基础上,利用多传感器测量的磁场强度信息及其位置信息,推导出质心定位算法,通过仿真验证了该算法的有效性与可行性;并在质心定位算法的基础上,提出了一种基于磁场强度比值的加权质心定位算法,仿真结果表明,其定位精度相比质心定位算法有了一定程度的提升。同时通过仿真分析发现影响算法定位精度的主要因素包括传感器的数目、传感器分布均匀程度与磁异常目标的位置。其次,设计完成了高精度小型化无线传感器网络实验系统。根据高精度、高可靠性、低复杂度的要求对硬件系统进行了总体设计,并详细阐述了各个分模块的设计,主要包括微处理器模块设计、H桥式脉冲磁化电路设计、信号放大电路设计、A/D转换电路设计与系统电源模块设计,完成高精度磁异常信号采集以及磁异常信号的无线传输等功能。最后,对本文提出的质心定位算法与加权质心定位算法展开了实验研究,选择磁场环境稳定的地点,设计合理有效的实验步骤,进行了外场实验。实验结果表明算法可以有效获取磁性目标的位置信息,定位误差小于0.4m,验证了算法的可行性与可靠性,并分析了影响算法定位精度的因素。
【图文】：

编号 1 2 3 4 5坐标 (2,9,0) (4,7,0) (1,10,0) (6,8,0) (2,3,0)编号 6 7 8 9 10坐标 (0,7,0) (7,2,0) (3,3,0) (7,7,0) (4,5,0)编号 11 12 13 14 15坐标 (6,4,0) (0,6,0) (9,8,0) (8,6,0) (7,6,0)编号 16 17 18 19 20坐标 (8,7,0) (4,6,0) (6,1,0) (6,7,0) (5,10,0)编号 21 22 23 24 25坐标 (3,4,0) (2,10,0) (5,3,0) (2,8,0) (9,4,0)编号 26 27 28 29 30坐标 (0,2,0) (5,1,0) (1,3,0) (8,8,0) (10,8,0)其次，将计算得到的磁异常场与阈值进行比较，若传感器测得的磁异常定的阈值，认为该传感器检测到了磁异信号。最后，根据式（3.14）计算得磁异常目标的坐标，仿真结果如图 3.8 所示

将磁异常场的总场强度与阈值thB 进行比较，若磁异常场强度大于测量点检测到了磁异信号；建立以下 3 个集合：检测到磁异信号的传感器集合 1 2, , ,sensor mS P P P；磁异常场强度比值集合 1 2, , ,anomaly mS S S S；检测到磁异信号传感器坐标集合 1 1 2 2( , ),( , ), ,( , Position m mS x y x y x y根据式（3.16）计算出每一个传感器坐标的加权值i ；根据式（3.17）计算出磁异常目标的位置坐标 ( x , y )，该坐标 ( x , y算法定位出的磁异常目标的坐标。.3.2 仿真结果与分析真条件同 3.1.2 小节，不同之处仅在于每个检测到磁异信号的传感器（3.16）进行加权计算，最终通过式（3.17）计算得到加权之后的磁置坐标，，如图 3.9 所示。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP212.9;TN929.5

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李文辰;张雷;;无线传感器网络加权质心定位算法研究[J];计算机仿真;2013年02期

2 张亚昕;;无线传感器网络目标探测定位跟踪问题研究[J];甘肃科学学报;2014年01期

3 何艳丽;;无线传感器网络质心定位算法研究[J];计算机仿真;2011年05期

4 梁建国;费建刚;傅游;;无线传感器网络质心定位算法仿真研究[J];软件导刊;2014年06期

5 李兆斌;魏占祯;徐凤麟;;无线传感器网络增强的质心定位算法及性能分析[J];传感技术学报;2009年04期

6 曹鑫;雷斌;李建昌;;无线传感器网络用于监测系统中的定位算法[J];电子元器件应用;2012年Z1期

7 刘文远;张作良;陈子军;王林;;无线传感器网络中基于能量级加权的质心定位算法[J];小型微型计算机系统;2011年09期

8 安恂;蒋挺;周正;;一种用于无线传感器网络的质心定位算法[J];计算机工程与应用;2007年20期

9 胡咏梅;张欢;;一种改进的无线传感器网络质心定位算法[J];计算机工程与科学;2012年02期

10 刘清;白光伟;赵露;;一种新型三维传感器网络质心定位算法[J];微电子学与计算机;2014年05期

相关会议论文 前10条

1 金鑫;;一种改进型无线传感器网络质心定位算法[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集（下册）[C];2008年

2 王森;白文乐;;一种基于无线传感器网络的修正质心定位算法[A];中国电子学会第十六届信息论学术年会论文集[C];2009年

3 罗锡文;肖德琴;;无线传感器网络在中国农业工程中的应用进展[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年

4 肖德琴;王景利;罗锡文;;大规模农田传感器网络拓扑结构设计[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年

5 钱太阳;万国龙;;地基微波辐射计对空中目标探测的分析[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年

6 王铁流;范伟彬;陈福彬;;基于ZigBee技术的桥梁健康监测系统[A];全国第二届信号处理与应用学术会议专刊[C];2008年

7 李晴阳;任智;陈前斌;黄勇;;基于信号强度的无线传感器网络分簇算法建模与仿真[A];2009年全国无线电应用与管理学术会议论文集[C];2009年

8 赵亮;杜尚丰;张峰;;温室控制系统中无线传感器网络的搭建[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年

9 黄学青;房鼎益;刘宝英;陈晓江;张谦;付莹;;一种土遗址保护传感器网络轻量级数据融合协议[A];第18届全国多媒体学术会议（NCMT2009）、第5届全国人机交互学术会议（CHCI2009）、第5届全国普适计算学术会议（PCC2009）论文集[C];2009年

10 李晓曼;行麦玲;马文坡;周峰;;点目标探测红外遥感器的探测能力估算与测试方法[A];第二十五届全国空间探测学术研讨会摘要集[C];2012年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 党博文;昕诺飞:打造全球最大传感器网络[N];通信产业报;2018年

2 四川科技职业学校鼎利学院 刘桄序;物联网无线传感器网络中传感器应用热点[N];电子报;2017年

3 赛迪顾问半导体产业研究中心分析师 李龙;工业无线传感器网络产品前景广阔[N];中国计算机报;2015年

4 张庆佳;无线传感器网络成为当前研究热点[N];人民邮电;2015年

5 樊哲高;我国传感器网络标准工作取得新进展[N];中国电子报;2012年

6 本报记者 王博;传感器网络标准取得新进展[N];计算机世界;2012年

7 本报记者 赵建国;无线传感器网络改变未来世界[N];中国知识产权报;2011年

8 记者 陆成钢　通讯员 尚晓天;以无线传感器网络打造智能化城市[N];嘉兴日报;2009年

9 赛迪顾问信息产业研究中心高级咨询顾问 王坤;国际物联网行业应用概况[N];通信产业报;2009年

10 记者 张平阳;传感器网络助力精准农业[N];西安日报;2009年

相关博士学位论文 前10条

1 邓克波;基于无线传感器网络的能量有效的目标探测、定位与跟踪技术研究[D];南京理工大学;2009年

2 杜巧玲;无线传感器网络三维节点定位问题的研究[D];吉林大学;2009年

3 耿修瑞;高光谱遥感图像目标探测与分类技术研究[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2005年

4 周彦;无线传感器网络中基于量化信息的目标状态估计与融合[D];上海交通大学;2010年

5 王其华;无线传感器网络中的节点定位和目标跟踪[D];大连海事大学;2015年

6 亚迪（Laye Hadji Diakite）;无线传感器网络的寿命及其可达性研究[D];华中科技大学;2014年

7 李继安;面向水质监测的无线传感器网络能效优化与综合评估研究[D];华中科技大学;2014年

8 李彩霞;无线传感器网络中位置感知的若干关键问题研究[D];东华大学;2012年

9 孙言强;无线传感器网络中干扰攻击关键技术研究[D];国防科学技术大学;2012年

10 陈磊;分簇传感器网络的优化方法的研究[D];中国科学技术大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 胡ma洲;基于无线传感器网络的磁性目标探测技术研究[D];国防科学技术大学;2014年

2 张明;基于无线传感器网络的目标探测与识别系统研究与设计[D];长安大学;2014年

3 王永龙;基于无线传感器网络的目标探测技术研究[D];中北大学;2008年

4 肖华为;基于山区地形的无线传感器网络节点定位算法研究[D];江西理工大学;2016年

5 姚维照;无线传感器网络节点定位算法研究及改进[D];太原理工大学;2012年

6 牛晴;噪声环境下无线传感器网络声目标探测方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

7 彭臻;无线传感器网络中移动式目标跟踪研究[D];华侨大学;2016年

8 周玉萍;无线传感器网络质心定位算法的研究[D];南京理工大学;2013年

9 朱博;无线传感器网络自身定位算法研究[D];山东大学;2010年

10 汪凌;无线传感器网络定位技术的研究[D];南京邮电大学;2013年

本文编号：2550606