基于压缩感知的多无人水下航行器协同探测方法
专利汇可以提供基于压缩感知的多无人水下航行器协同探测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供的是一种基于 压缩 感知 的多无人 水 下航行器协同探测方法。包括：(1)基于压缩感知的空间压缩 采样 ，将多UUV其中的一个作为主UUV，而其他UUV作为从UUV；对所有UUV的声呐阵列的各阵元采用二进制伪随机编码，这些编码向量构成探测矩阵∨；(2)基于联合最优估计的分布式图像重构，每个从UUV对应一个子估计器，主UUV对应主估计器；主及每个子估计器同时单独运行，对声呐接收 信号 进行最优估计运算，获得各自的探测数据，之后在主估计器中进行融合处理，实现声呐图像重构。本发明能够有效减少单个UUV 节点 获取图像的时间，克服多UUV节点不能对同一目标进行同时探测的问题，提高水下目标探测的快速性和准确性。，下面是基于压缩感知的多无人水下航行器协同探测方法专利的具体信息内容。
1.一种基于压缩感知的多无人水下航行器协同探测方法，其特征是包括基于压缩感知的空间压缩采样和基于联合最优估计的分布式图像重构两部分；
所述基于压缩感知的空间压缩采样包括：
将多UUV其中的一个作为主UUV，而其他UUV作为从UUV；对所有UUV的声呐阵列的各阵元采用二进制伪随机编码，这些编码向量构成探测矩阵Φ；编码由伪随机码发生器产生，而随机码发生器由移位寄存器实现；寄存器保持与系统时间的同步，其数字单元在每个时钟周期内进行模2和计算，逐个比特生成伪随机码；数据的收发方式为声呐阵列的每个阵元同时收发数据；
所述基于联合最优估计的分布式图像重构包括：
每个从UUV对应一个子估计器，主UUV对应主估计器；主估计器以及每个子估计器同时单独运行，对声呐接收信号进行最优估计运算，获得各自的探测数据，之后在主估计器中进行融合处理，实现声呐图像重构；其中，压缩感知信号重构约束条件，结合最小方差准则，以虚拟探测的形式嵌入状态估计问题中，对经过最优估计的状态进行校正；虚拟探测校正过程，以迭代的方式实现。
2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的多无人水下航行器协同探测方法，其特征是所述声呐阵列的每个阵元同时收发数据是指：声呐的每个阵元同时发送编码数据，数据长度为N，并同时接收返回的探测数据；声呐阵列的阵元数为M，则一次收发完成一个扇形区域的M次探测；M个编码向量按行构成声呐的探测矩阵Φ∈RM×N，M＜N，则探测数据表示为
yk＝Φxk+nk
N M
其中，xk∈R 为待重构数据；nk∈R 为声呐探测噪声，近似为零均值的高斯白噪声，协方差矩阵为Rk。
3.根据权利要求2所述的基于压缩感知的多无人水下航行器协同探测方法，其特征是基于联合最优估计的分布式图像重构过程中的信息分配方法为：
k时刻在主估计器中获得的全局状态估计和估计误差方差为 和 在执行下一次递推估计之前，首先将这些信息在子估计器中进行如下分配
其中，和 分别表示第i个子估计器中状态估计值和估计误差方差阵，i＝1，2，·，p，p为多UUV的节点数；βi为信息分配因子，满足βi≥0且 采用基于估计误差方差的动态信息分配方法如下
式中：Pi为第i个子估计器对状态的估计误差方差，m表示主估计器，tr表示矩阵的迹。
4.根据权利要求3所述的基于压缩感知的多无人水下航行器协同探测方法，其特征是所述主估计器以及每个子估计器同时单独运行对声呐接收信号进行最优估计运算包括：
时间更新和探测更新
在k时刻，由已知状态估值 和估计误差方差阵Pk，预测k+1时刻的状态 和估计误差方差阵Pk+1|k如下
式 中，对状态的预测利用了信号模型
xk+1＝Axk+wk
N×N
式中：A∈R 为状态转移矩阵，它的值由波束合成技术确定；wk是零均值的高斯白噪声序列，协方差矩阵为Qk，表示海水中的非均质摄动；
当获得新的探测yk+1之后，对 和Pk+1|k进行更新，得k+1时刻的状态估计 和估计误差方差Pk+1如下
Pk+1＝(I-KkΦ)Pk+1|k
式中，I为单位矩阵，Kk是增益矩阵，计算公式如下
T T -1
Kk＝Pk+1|kΦ(ΦPk+1|kΦ+Rk) ；
虚拟探测校正
虚拟探测模型
式中，ε为任意小的随机正数，方差为Rε；H＝[sign(xk(1))，·，sign(xk(N))]，sign(xk(i))表示xk的第i个元素的符号函数；
利用虚拟探测模型，对最优状态估计 和估计误差方差Pk+1进行校正；校正过程以迭代的方式实现；
定义 Ω0＝Pk+1，取j＝1，2，·，J-1，J为迭代次数，执行迭代如下
迭代结束后，将状态和方差校正结果赋值给 和Pk+1，即
Pk+1＝Ωj+1。
5.根据权利要求4所述的基于压缩感知的多无人水下航行器协同探测方法，其特征是所述融合处理的方法为：
在每个子估计器得到 和 后，将它们在主估计器中进行融合，获得全局估计的状态 和估计误差方差阵 如下
全局状态估计 为目标图像中在k+1离散时刻的一条弧线，当获得所有离散时刻0，
1，·，k，·，N的全局状态估计后，即可恢复出目标图像；其中，数值N决定了探测目标图像的大小。
基于压缩感知的多无人水下航行器协同探测方法
技术领域
背景技术
的探测问题。设离散信号x∈R 在变换基ψ下是稀疏的，通过选择与ψ不相容的观测矩M×N
阵Φ∈R (M＜N)，建立测量y＝Φx，可以实现对x的压缩采样。利用测量值y重构x的问题归结为一个l0-范数最小的优化问题，但由于其不可解性，因此出现很多次优算法。
这些方法虽然比较有效，但是从理论上提出的，没有考虑实际应用中的抗噪性问题。
发明内容
具体实施方式
中，采用基于估计误差方差的动态信息分配方法如下
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