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文檔簡介
1、進入新世紀以來,隨著陸地資源的日益枯竭,世界各國紛紛把目光投向海洋這一蘊藏豐富資源的寶庫。海洋是人類生存活動十分重要的領(lǐng)域,隨著人類社會的不斷發(fā)展,人們需要借助海洋中部署水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)進行海洋研究。由于水聲信道是一個十分復(fù)雜的時-空-頻變參隨機多徑傳輸?shù)男诺?,加上它的環(huán)境噪聲高、帶寬窄、可適用的載波頻率低和傳輸?shù)臅r延大等特點,使得水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨著—些特殊的挑戰(zhàn),這些挑戰(zhàn)要求新的架構(gòu)和協(xié)議來保證水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。
2、 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)作為水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一,在數(shù)據(jù)標(biāo)識和收集、水下節(jié)點跟蹤和探測目標(biāo)節(jié)點位置信息等方面都有廣泛的應(yīng)用,并且水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位還可以用來提高水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中介質(zhì)訪問控制層和路由協(xié)議層的性能,因此水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中具有重要的意義。近些年來,水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)已逐漸成為一個科學(xué)研究的熱點。
本論文主要研究水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù),針對現(xiàn)有水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的框
3、架,設(shè)計了一種基于跨層的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位系統(tǒng),并將整個系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)進行研究:即基于短基線的主節(jié)點定位系統(tǒng)和基于大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點定位系統(tǒng),在研究分析不同的定位模型及測距算法上,構(gòu)建不同的定位平臺,通過仿真、水池實驗和廈門五緣灣海域?qū)嶒烌炞C了定位平臺的可行性和定位算法的性能。
本論文主要研究工作和成果如下:
(1)針對水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的框架,設(shè)計了一種基于跨層的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位系統(tǒng)。該定位
4、系統(tǒng)主要由若干海面浮標(biāo)節(jié)點、大量的主節(jié)點和子節(jié)點構(gòu)成。在主鏈路和副鏈路的通信機制下,我們又將整個系統(tǒng)分為基于短基線的主節(jié)點定位系統(tǒng)和基于大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點定位系統(tǒng)進行研究。針對水聲傳感器大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位的特性,提出一種新的跨層研究架構(gòu),即在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位中主要研究三個層,分別為物理層,數(shù)據(jù)鏈路層以及應(yīng)用層,進一步完善整個定位系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)。
(2)針對傳統(tǒng)的短基線定位系統(tǒng),設(shè)計了一套改進的基于短基線的主節(jié)點定位系統(tǒng)。
5、對于該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行研究,主要應(yīng)用分析不同的定位模型,重點對比不同的測距算法,并進行了定位信號的選擇和有效聲速的測量。從定位精度考慮上在系統(tǒng)平臺中利用了雙曲定位數(shù)學(xué)模型和廣義互相關(guān)時延估計算法,并采用線性調(diào)頻信號為定位信號和時延差聲速測量的方法。在LabVIEW軟件和相應(yīng)的硬件設(shè)備上進行了整個平臺的設(shè)計搭建,并在水池實驗和五緣灣海域?qū)嶒灜h(huán)境中進行了定位實驗,證明了該定位系統(tǒng)的可靠性。
(3)針對大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的特
6、性,設(shè)計了一套基于大規(guī)模水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點定位系統(tǒng)。在定位算法中,詳細分析Range-Free定位算法的基礎(chǔ)上,提出了一種新的Range-Free定位算法:W-Centroid。W-Centroid算法是針對Centroid和APIT這兩種Range-Free定位算法的改進,通過利用權(quán)值信息,提高目標(biāo)節(jié)點的定位精度。在迭代算法中,利用三角魯棒性作為迭代參考,進行大規(guī)模節(jié)點迭代定位策略。在OPNET軟件上對大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點定位
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