CN102625482B - 一种低空目标探测传感器网络体系架构 - Google Patents

一种低空目标探测传感器网络体系架构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低空目标探测传感器网络体系架构，包括双层带状传感器网络和骨干传输层网络；双层带状传感器网络的外层为声音传感节点组成的网络，声音传感节点对感知的声音信息数据进行多节点数据融合、分布式协同数据处理，并根据处理的结果引导内层的光学传感节点对目标进行精确定位和跟踪；双层带状传感器网络的内层为可与外层的声音传感节点通信的无线网络，该无线网络由光学传感节点组成，内层的光学传感节点在收到外层的声音传感节点的信号时启动并采集目标的光学信息；骨干传输层网络为用于连接双层带状传感器网络的内层光学传感节点与指控中心的网络。本发明可以弥补目前以雷达为主的监视系统的不足。

Description

一种低空目标探测传感器网络体系架构
技术领域
本发明涉及传感器网络技术领域，特别是涉及一种基于声光协同的低空目标探测传感器网络体系架构。
背景技术
随着我国国民经济的迅速发展，航空领域呈现出前所未有的发展形势。2010年11月14日，中国国务院、中央军委印发《关于深化我国低空空域管理改革的意见》，对深化低空空域管理改革做出部署，这为我国的通用航空发展和崛起带来了契机，同时也向低空空域的管理提出了新的挑战。
目前对于低空空域探测和管理保障，主要依赖雷达监视系统，但是雷达存在低空监视盲区，且系统复杂，故迫切需要针对低空、地面研制新型轻便的传感监视系统，弥补目前以雷达为主的监视系统的不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于声光协同的低空目标探测传感器网络体系架构，以缓解目前低空空域管理能力的不足，适用于民航飞行管理、公共安全、国土安全与防御等传感器网络。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种低空目标探测传感器网络体系架构，包括指控中心，还包括采用分布式信息协同处理与融合的双层带状传感器网络和能够提供冗余机制的骨干传输层网络；所述双层带状传感器网络的外层为声音传感节点组成的网络，所述外层的声音传感节点接有声阵列传感器，所述声音传感节点对感知的声音信息数据进行多节点数据融合、分布式协同数据处理，并根据处理的结果引导内层的光学传感节点对目标进行精确定位和跟踪；所述双层带状传感器网络的内层为可与外层的声音传感节点通信的无线网络，该无线网络由光学传感节点组成，所述内层的光学传感节点接有光学跟踪传感器；所述内层的光学传感节点在收到所述外层的声音传感节点的信号时启动并采集目标的光学信息；所述骨干传输层网络为用于连接所述双层带状传感器网络的内层光学传感节点与所述指控中心的网络。
所述外层声阵列传感器和内层光学跟踪传感器配对布置，1个内层光学跟踪传感器与1～4个外层声阵列传感器配对组成局域网。
所述双层带状传感器网络的内层光学传感节点和外层声音传感节点完成层间协同处理与融合，判断得出低空目标的方位、类别、速度、数量、走势信息。
所述低空目标探测传感器网络体系架构采用市电供电或者采用太阳能供电系统进行供电。
所述双层带状传感器网络的外层、内层和骨干传输层网络所需提供的能量依次提高。
所述骨干传输层网络为以太网、光纤网络、3G无线网络、或公共交换电话网。有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
由于各类飞行器的声、光学特征明显且不易消除，因此利用声光协同感知手段对低空目标进行实时监视是对雷达系统的有益补充。和雷达探测比较，声学探测具有抗干扰、反侦察、无盲区、全方向、维护保障要求低等特点。光学系统具有可靠性高，取证容易和直观等特点，具有很好的跟踪与定位功能。
基于无线传感器网络技术的声光协同的探测手段，将大幅度提高对近地低空目标监视能力，且系统结构简单，可以方便的安装在城市周围、边境以及岛礁上，对于加强我国低空空域的管理和国土防御、预警能力起到重要作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，一种面向低空目标探测的无线传感器网络体系构架，包括采用分布式信息协同处理与融合的双层带状传感器网络1和能够提供更大冗余机制的骨干传输层网络2，其中，
双层带状传感器网络1的外层为声音传感节点4组成的网络，声阵列传感器接入外层的声音传感节点4，声音传感节点4对感知的声音信息数据进行多节点数据融合、分布式协同数据处理，并根据处理的结果引导内层的光学传感节点5对目标进行精确定位和跟踪。
双层带状传感器网络1的内层为可与外层的声音传感节点4通信的无线网络，该无线网络由光学传感节点5组成，光学跟踪传感器接入内层的光学传感节点5。内层的光学传感节点5在收到外层声音传感节点4的信号时启动并采集相应的光学信息。
如图1所示，所述外层声阵列传感器和内层光学跟踪传感器配对布置，1个内层光学跟踪传感器与1～4个外层声阵列传感器配对组成局域网。外层的声阵列传感器探测到低空目标后，获取低空目标的距离和俯仰角度信息，当外层声阵列传感器探测到低空目标时，发出信号引导内层相应的光学跟踪传感器启动并对目标进行精确定位和跟踪，光学跟踪传感器根据距离和俯仰角度信息调整转台和焦距对准低空目标。
骨干传输层网络2为连接双层带状传感器网络1内层光学传感节点5与指控中心3的专有网络，比如互联网、以太网、光纤网络、3G网络、公共交换电话网等。
双层带状传感器网络1可进行层间协同处理与融合，以及非视距高速数据传输，并通过骨干传输层网络提供更大的存储空间和冗余机制，形成分层分布式信息协同处理。
上述系统，双层带状传感器网络1外层所包含的声音传感节点4能够远距离及时探测发现低空目标，进行多节点数据融合、分布式协同数据处理，并引导内层的光学传感节点5对目标进行精确定位和跟踪；双层带状传感器网络1内、外层节点互相通信，完成层间协同处理与融合，从而判断得出低空目标的方位、类别、速度、数量、走势等全景信息；骨干传输层网络2与内层的光学传感节点5相连，为内层的数据处理提供更大的存储空间和冗余机制。
本发明的面向低空目标探测的无线传感器网络体系构架可以采用市电供电，也可以采用太阳能供电系统进行供电，采用太阳能供电系统可适应各种环境下的使用要求。其中，各层提供的能量从外层至内层到骨干传输层网络逐层提高，也就是说，双层带状传感器网络的外层所需能量小于双层带状传感器网络的内层，双层带状传感器网络的内层所需的能量小于骨干传输层网络。
本发明系统结构简单，可以方便的安装在城市中，双层带状传感器网络的外层声阵列传感器和内层光学跟踪传感器可在城市郊区、边境线、岛礁上布设，对市民的生活和出行没有影响，对于加强城市低空空域的管理起到重要作用。
以上海市为例，上海市外环高速公路全长约99千米，中环线全长约71千米，两条环线之间的距离从1.4千米～8.5千米不等。沿外环高速公路布设双层带状传感器网络的外层声音传感节点，沿中环线布设双层带状传感器网络的内层光学传感节点。外层每隔3～5公里左右布设一个声音传感节点，内层每隔10～20公里左右布设一个光学传感节点，具体的间隔距离可以根据现场的通信条件做适当调整。每3个相邻的外层声音传感节点与内层的1个对应的光学传感节点组成一个小型传感器网络，由于节点之间的距离较远，可采用GPRS、CDMA等方式进行无线通信。在城市中心建设服务站作为指控中心，指控中心与内层光学传感节点之间通过专有网络进行通信，组成系统的骨干传输层网络。
由于系统是应用在城市当中，各层节点所需的能量可以利用城市供电系统进行供电，也可以每隔一段距离采用一个能源接入点，比如太阳能供电系统等。
不难发现，由于各类飞行器的声、光学特征明显且不易消除，因此利用声光协同感知手段对低空目标进行实时监视是对雷达系统的有益补充。和雷达探测比较，声学探测具有抗干扰、反侦察、无盲区、全方向、维护保障要求低等特点。光学系统具有可靠性高，取证容易和直观等特点，具有很好的跟踪与定位功能。
基于无线传感器网络技术的声光协同的探测手段，将大幅度提高对近地低空目标监视能力，且系统结构简单，可以方便的安装在城市周围、边境以及岛礁上，对于加强我国低空空域的管理和国土防御、预警能力起到重要作用。

Claims (6)

1.一种低空目标探测传感器网络体系架构，包括指控中心(3)，其特征在于，还包括采用分布式信息协同处理与融合的双层带状传感器网络(1)和能够提供冗余机制的骨干传输层网络(2)；所述双层带状传感器网络(1)的外层为声音传感节点(4)组成的网络，所述外层的声音传感节点(4)接有声阵列传感器，所述声音传感节点(4)对感知的声音信息数据进行多节点数据融合和分布式协同数据处理，并根据处理的结果引导内层的光学传感节点(5)对目标进行精确定位和跟踪；所述双层带状传感器网络的内层为可与外层的声音传感节点(4)通信的无线网络，该无线网络由光学传感节点(5)组成，所述内层的光学传感节点(5)接有光学跟踪传感器；所述内层的光学传感节点(5)在收到所述外层的声音传感节点(4)的信号时启动并采集目标的光学信息；所述骨干传输层网络(2)为用于连接所述双层带状传感器网络(1)的内层光学传感节点(5)与所述指控中心(3)的网络；当外层声阵列传感器探测到低空目标时，发出信号引导内层相应的光学跟踪传感器启动并对目标进行精确定位和跟踪。
2.根据权利要求1所述的低空目标探测传感器网络体系架构，其特征在于，所述外层声阵列传感器和内层光学跟踪传感器配对布置，1个内层光学跟踪传感器与1～4个外层声阵列传感器配对组成局域网。
3.根据权利要求1所述的低空目标探测传感器网络体系架构，其特征在于，所述双层带状传感器网络(1)的内层光学传感节点(5)和外层声音传感节点(4)完成层间协同处理与融合，判断得出低空目标的方位、类别、速度、数量和走势信息。
4.根据权利要求1所述的低空目标探测传感器网络体系架构，其特征在于，所述低空目标探测传感器网络体系架构采用市电供电或者采用太阳能供电系统进行供电。
5.根据权利要求4所述的低空目标探测传感器网络体系架构，其特征在于，所述双层带状传感器网络(1)的外层、内层和骨干传输层网络(2)所需提供的能量依次提高。
6.根据权利要求1所述的低空目标探测传感器网络体系架构，其特征在于，所述骨干传输层网络(2)为以太网、光纤网络、3G无线网络、或公共交换电话网。
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