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近年来,水下环境的探索与研究引起了更多的关注,而精确的水下定位技术是进行海洋研究的关键。由于水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)节点定位高精度和低能耗的需求不断增长,但是现有的水下传感器网络节点定位算法存在定位时间长和精确度低等不足。本文针对这些问题,对水下无线传感器网络的静态和动态定位开展了以下研究:
首先,对水下无线传感器网络的构成、应用和特点等展开详细研究,包括水声损耗信道的特点以及相关参数。并且还研究了目前常见的定位方案及策略,分析各种方案的优缺点与应用场景,为研究水下无线传感器网络节点定位奠定了基础。
其次,针对水下静态定位,在基于测距的技术中,由于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)要求较低的设备复杂度和成本而变得很有吸引力,但是RSS测距存在非凸非线性的特点。因此本文提出一种基于半定规划(Semi-Definite Programming,SDP)的定位方案,将最小二乘相对误差作为节点位置估计模型,把发射功率视为未知信息,对节点位置和发射功率进行联合估计,并利用半定规划技术将其转化为标准SDP问题,通过MATLAB中的CVX工具箱求解,仿真结果表明本算法对节点位置和发射功率都有较好的估计精度。
最后,针对水下动态定位,在基于移动锚节点的水下定位算法中存在共线问题导致的定位误差大的现象,提出一种基于双锚SCAN路径规划的UWSNs定位算法。该算法利用主、从移动锚节点以SCAN路径并行遍历监测区域,共同接收未知节点的ID及RSS等信息,并由主锚节点统一处理未知节点的RSS值并计算坐标。仿真结果表明,该算法不仅进一步提高了定位过程的效率,在定位率、定位精度等指标上都有较好的效果。
首先,对水下无线传感器网络的构成、应用和特点等展开详细研究,包括水声损耗信道的特点以及相关参数。并且还研究了目前常见的定位方案及策略,分析各种方案的优缺点与应用场景,为研究水下无线传感器网络节点定位奠定了基础。
其次,针对水下静态定位,在基于测距的技术中,由于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)要求较低的设备复杂度和成本而变得很有吸引力,但是RSS测距存在非凸非线性的特点。因此本文提出一种基于半定规划(Semi-Definite Programming,SDP)的定位方案,将最小二乘相对误差作为节点位置估计模型,把发射功率视为未知信息,对节点位置和发射功率进行联合估计,并利用半定规划技术将其转化为标准SDP问题,通过MATLAB中的CVX工具箱求解,仿真结果表明本算法对节点位置和发射功率都有较好的估计精度。
最后,针对水下动态定位,在基于移动锚节点的水下定位算法中存在共线问题导致的定位误差大的现象,提出一种基于双锚SCAN路径规划的UWSNs定位算法。该算法利用主、从移动锚节点以SCAN路径并行遍历监测区域,共同接收未知节点的ID及RSS等信息,并由主锚节点统一处理未知节点的RSS值并计算坐标。仿真结果表明,该算法不仅进一步提高了定位过程的效率,在定位率、定位精度等指标上都有较好的效果。