分布式通信定位一体化网络中基于声学同步方式的纯被动隐蔽定位技术

According to the "distributed network of underwater acoustic positioning and exploration research" special goal of the proposed research, the project proposes new theories and methods based on distributed network of underwater acoustic achieving passive node localization, breaking the key technology about network node sound synchronization, and provides the basis for the principles and technical support for establishing the underwater acoustic information network which sets the communication and positioning in one .In recent years, the rapid development of information networks underwater, has made remarkable progress, but the depth applications based on underwater information network, such as navigation, positioning and detection, etc. still in its infancy, there are many critical issues that must be resolved. This paper proposes a multi-burst mode orthogonal underwater acoustic spread spectrum communication technology, as well as the positioning burst communication signals based on this realization, to solve the problem that traditional communication signal is not suitable for positioning; proposes node acoustics synchronous thinking based on distributed network communications which breaks the shackles of traditional synchronous mode, making full use of the advantages of integrated network about communication and positioning. Calibration information being carried by the positioning signal achieves acoustic calibration of the network, solving the clock skew between different nodes; proposes sound velocity correction method that uses mobile node initial location to zone, resolving remote positioning voice bending effect on positioning accuracy .In the future, the necessary experimental research will be carried out on lakes and sea.

本项目针对“分布式水声网络定位与探测基础研究”专题确定的研究目标，提出基于分布式水声网络实现节点被动定位的新理论和新方法，突破网络节点声同步这一关键技术，为建立集通信与定位于一体的水声信息网络提供理论依据和技术支撑。近年来水下信息网络的发展迅猛，取得了令人瞩目的成绩，但基于水下信息网络的深度应用，如导航、定位和探测等尚处于起步阶段，还有许多关键问题亟待解决。本课题提出一种多重正交的猝发模式的水声扩频通信技术，以及基于该技术实现的猝发通信定位信号，解决传统通信信号不适用于定位要求的难题；提出基于分布式网络通信的节点声学同步思想，脱离传统同步方式的束缚，充分发挥通信定位一体化网络的优势，通过定位信号携带校准信息，实现网络的声学校准，解决不同节点间的时钟偏差问题；提出利用移动节点初位置进行区域划分的声速修正方法，解决远程定位声线弯曲对定位精度的影响。未来开展必要的湖上和海上试验研究。

本项目针对“分布式水声网络定位与探测基础研究”专题确定的研究目标，提出基于分布式水声网络实现节点被动定位的新理论和新方法，突破网络节点声同步这一关键技术，为建立集通信与定位于一体的水声信息网络提供理论依据和技术支撑。. 首先对分布式远程定位技术的实现原理、定位解算方法和误差来源进行了理论和仿真的分析，并从时间测量和声速估计两方面对实现远程高精度定位的途径进行了研究。提出了利用多径信道模型估计分布式定位平均声速的方法，解决因信道多径特性带来的信号到达时间和平均声速匹配的问题，并进行了实验验证。从分布式定位信号形式上入手，利用具有较强的抗衰落能力的扩频信号作为分布式远程水声定位信号，解决因信号传输距离较大而引起的接收信噪比(S/N)较低的问题。在扩频序列形式、序列优选和优化、BOC调制的使用等方面提高定位信号的性能。研究提出了一种基于零相关窗序列(ZCZ)的分布式远程定位信号，利用序列的特殊性质提高定位信号抗多径干扰和抗多址干扰的能力，并进行了仿真分析和实验验证。本课题对广义互相关法时延估计方法和同态滤波技术进行了分析，从降低信道噪声影响和提高抗多径能力两方面优化分布式定位中时间测量的精度。本课题还从测距误差和信标位置偏差的角度分析了影响分布式定位精度的因素，建立了针对移动载体的定位方法。依照本课题的研究结果，在验证环节中，进行了信标距离在50km以上的远程分布式定位系统的海上实验，验证了信标基阵校准算法、信标间的声学同步算法以及分布式定位技术，并考察了远程分布式定位信号的性能。最后实现了对接收机的远程定位。