智能传感器网络中地面目标磁敏信号识别研究

摘要

进入新千年来,随着各学科技术转化为产业化应用及传统互联网相关技术应用的日趋完善和成熟,各项技术集大成者的无线传感网(WSN)顺利地走上了历史舞台,并成为国内外各界追逐和研究的又一热点。WSN(Wireless Sensor Networks)最早源于军事领域的应用,最为典型的是可以对地面移动和低空飞行等目标进行探测和分类的无人地面传感器侦察网络。所以,传感节点对于目标信号的分类、跟踪、定位等处理能力一直是国际上广泛研究的热点课题之一。尽管如此,传感网对于目标的识别、分类和跟踪等的处理仍然是一项十分复杂的工作,因为在很大程度上地面传感网系统会受到外界环境的严重影响。
　　地面传感器能在其覆盖范围之内尽最大可能地采集和反馈目标、环境等信息,并自主地完成相应的算法处理,将有助提高目标处理和识别的精准度与及时度,对后面的势态评估和任务决策有着重要的意义。与发达国家相比,我国的地面磁目标识别装备及系统相对比较落后,从九十年代初期开始,在自然基金的资助和申请研究课题的推动下,多项磁地面探测系统预研才能得到顺利开展,并取得相应的学术成果和技术的积累。
　　这里明确了课题内容在系统框架拓扑结构中的位置,制定本课题研究的传感器的特性要求和实现的功能;深入调研了国内外现有目标识别磁信号传感器;比较国内现有各类应用在目标识别上的信号处理算法的优缺点。针对地面运动物体产生的磁异信号的特征信号提取和判决算法以及传感器设计进行了比较深入且系统的讨论。首先从地面运动物体会产生磁信号的本质入手,分析了地面各种类型目标产生的磁信号特征和原理;并建立地面目标沿传感器运动的模型,研究特征提取方法。随后主要在软件和硬件方面,设计一个针对地面目标磁信号识别的传感器,基于该传感器工作原理,设计一个用于目标磁异信号特征的目标检测和目标运动方向识别算法,并且通过实验和外场测试验证算法的可行性和系统的实际检测效果。
　　本课题解决的关键问题是如何使检测算法对各类地面目标有较高的检测率和较低的误报率;比较于现有的算法和现有的地面目标传感器,该智能地面目标识别传感器明显地提升现有传感器技术性能,使其具有识别率高、稳定性高等优点,能更好地适合战场野外监控等需要大面积传感器应用的场合。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景及其意义

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.4 地面目标识别现状

1.5 论文主要工作内容

第二章 地面目标磁信号识别理论基础

2.1 引言

2.2 磁信号的产生和磁传感器简介

2.3 磁偶极子模型

2.4 传感器周围单磁偶极子沿直线运动时信号分析

2.5 本章小结

第三章 地面目标信号识别算法

3.1 引言

3.2 磁敏信号特性及信号预处理简介

3.3 基于波峰波谷的目标方向识别算法

3.4 基于探头各轴波峰次序的目标方向识别算法

3.5 本文基于正交两轴时针方向的算法理论

3.6 本章小结

第四章 传感器硬件设计方案

4.1 引言

4.2 磁传感器感应探头选型

4.3 传感器节点设计

4.4 传感器硬件电路设计

4.5 本章小结

第五章 传感器软件设计方案及实验

5.1 引言

5.2 传感器工作流程

5.3 传感器软件设计

5.4 实验及结果分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文