大規(guī)模水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點精確定位技術(shù)研究.pdf

1、隨著水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點應(yīng)用的需求日益增多，深?？臻g站及海洋監(jiān)測等受到越來越多的關(guān)注，水下傳感器節(jié)點高精度的位置是融合傳感器數(shù)據(jù)、提供水下潛器航行輔助導(dǎo)航的關(guān)鍵信息。目前水下傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)尚處于初步研究階段，本文以提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點平均定位精度為主要目的，研究了大規(guī)模分布式網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)、集中式網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點后置數(shù)據(jù)處理技術(shù)。
　　分布式網(wǎng)絡(luò)中水下各個節(jié)點通過獲取和周圍參考節(jié)點之間的距離信息來解算自身位置。由于通信距離有限，通常

2、采用定位后的普通節(jié)點升級為參考節(jié)點供其他普通節(jié)點定位以保證大范圍內(nèi)的定位覆蓋率。而隨著定位節(jié)點數(shù)目的增多，普通節(jié)點逐步升級為參考節(jié)點，新定位的普通節(jié)點定位誤差會逐步累積。為此，如何保證在不影響網(wǎng)絡(luò)定位覆蓋率條件下減小逐級遞增的定位誤差是提升分布式節(jié)點定位精度的主要手段。本文結(jié)合參考節(jié)點位置誤差和距離測量誤差聯(lián)合估計單個普通節(jié)點位置，通過誤差傳播率預(yù)測普通節(jié)點的定位誤差從而控制參考節(jié)點的選取準(zhǔn)則。通過仿真和實驗結(jié)果表明，該方法能夠有效提升

3、分布式逐級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的定位精度，在深水中定位精度從3米提高到1米，效果顯著。
　　集中式網(wǎng)絡(luò)中采取水面網(wǎng)關(guān)節(jié)點對水下節(jié)點進行距離測量和信息采集，從而統(tǒng)一解算水下節(jié)點的位置。在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中，由于水下節(jié)點數(shù)目眾多，普遍采用的TDMA、CDMA、FDMA等方式極易造成距離測量數(shù)據(jù)身份丟失，無法區(qū)分獲取的距離測量信息對應(yīng)水下節(jié)點身份的情況。常規(guī)采用的最小二乘方法或區(qū)域定位方法針對眾多身份丟失數(shù)據(jù)解算時需要區(qū)分匹配節(jié)點測量數(shù)據(jù)而定位效率極

4、低。為此，提出一種定位方法實現(xiàn)集中式網(wǎng)絡(luò)身份信息缺失嚴重情況下的高精度、大范圍和高效率定位。本文提出的基于距離交匯的位置累積方法，通過精確的距離測量和平面內(nèi)位置累積判別節(jié)點的位置，以區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)概率最大的位置作為節(jié)點的定位結(jié)果。通過仿真和實驗分析證明該方法具有與最小二乘法接近的定位精度，定位效率遠高于常規(guī)方法。
　　網(wǎng)絡(luò)定位是要使各個節(jié)點具有一致的定位精度，以確保在數(shù)據(jù)融合或輔助導(dǎo)航過程中具有同等量級的位置信息。集中式網(wǎng)絡(luò)定位過程由

5、于解算模型受數(shù)據(jù)質(zhì)量影響（由數(shù)據(jù)有效率、測距精度等決定）導(dǎo)致各個節(jié)點定位精度不一致；分布式網(wǎng)絡(luò)定位過程由于定位節(jié)點數(shù)目增多，各個節(jié)點獨立解算，定位精度不一致。為此，對集中式/分布式網(wǎng)絡(luò)獲取的節(jié)點位置重新調(diào)整，獲得精確的相對位置，使各個節(jié)點具有一致的定位精度從而提高網(wǎng)絡(luò)平均定位精度是后續(xù)數(shù)據(jù)處理的主要目的。本文以網(wǎng)絡(luò)平均定位誤差最小為準(zhǔn)則，以距離測量為觀測量對全部節(jié)點進行重新定位。以距離測量誤差構(gòu)建平差模型，由于方程個數(shù)小于待求解未知數(shù)個