压缩感知在冲击波传感网络中的应用研究

• 作 者: 张艾伦
• 出 处: 长春理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 冲击波传感网络 压缩感知 压缩率 随机行走路由 能量效率

火炮等武器发射产生的冲击波会对操作人员和周围设备产生不利影响,因此准确采集冲击波信号可为评估物体毁伤,评价武器性能提供定量的可靠数据。冲击波信号高频信息持续时间短且具有突发特性,为保证火炮冲击波瞬态信息的完整,需要传感网络中的节点维持高采样率对其进行捕获。持续的高采样率将造成冗余数据过多,给传感器节点存储空间和传感网络数据传输性能带来压力。冲击波信号具有能量集中特点,符合压缩感知技术对被测信号的稀疏性要求。为了解决冲击波测试中冗余数据和有限网络资源之间的矛盾,本文将压缩感知应用于冲击波传感网络中。主要研究内容如下:为减轻冗余数据对传感网络节点存储空间带来的压力,在冲击波信号稀疏方式上做出改进,提出针对冲击波信号特点的字典构造方法。将冲击波信号分为瞬态和非瞬态部分,提取每一部分的主要信息,调整相应样本集元素,通过K-SVD方式针对不同特征字典进行迭代学习,使稀疏向量收敛于局部特性,避免了传统冗余字典为照顾信号全局信息造成的字典稀疏性能下降、能量分散等现象。仿真结果表明,对5psi和50psi传感器采集到的数据进行压缩,改进算法的压缩率较基于K-SVD传统字典构造算法分别提高了25%和16.7%。当以信号稀疏误差为限定条件进行字典构造时,改进算法稀疏误差收敛速度优于传统方式。为提高传感网络数据传输性能,降低网络中节点的能量损耗,通过压缩感知与路由算法结合的方式,优化网络能耗。在稀疏随机投影理论的基础上,提出基于压缩感知的改进式随机行走路由算法。通过加入距离权重因子限定随机行走路由的节点选择策略和行走趋势,减少数据传输相对距离,以此提高网络数据传输的能量效率。实验结果表明,改进算法在优化网络能耗上较基于压缩感知的传统随机行走路由算法提升了23.75%。通过上述方法,解决了冲击波信号无线传输系统现有的部分问题,降低了节点数据存储压力,优化了冲击波无线传感网络的能量效率。