水环境监测网络由包含有多种水环境监测传感器的节点组成,可应用在海洋探测,水污染监测,沿海开发,灾难预警,导航定位及军事监控等方面。网络覆盖是无线传感器网络的基本问题之一,它反映了网络节点对无线传感器网络部署区域的监控程度,将在很大程度上影响网络的成本及性能。本文以湖泊、河流等水体的环境监测为背景,构建了水下传感器网络实验环境,重点研究水下传感器网络的覆盖问题。论文针对面向水环境监测的传感网特点设计了水面二维覆盖算法,水下三维覆盖算法及节点的定位算法,通过仿真验证算法的有效性和可行性。本文的主要工作如下：(1)定向移动的覆盖优化算法针对水下传感器随机部署时网络覆盖率较低的问题,以提高网络覆盖率为研究目标,设计出适用于定向移动传感网模型的覆盖算法。算法的核心内容为定义节点相对邻居节点和相对区域边界的理想位置及节点到达理想位置的虚拟距离,根据节点间的位置关系,依次计算网络中节点相对所有邻居节点及边界的虚拟距离,并且将节点相对邻居节点和边界的虚拟距离加权求和作为节点实际移动的距离,对全网中节点的位置进行微调。算法多次迭代运行直至网络中节点位置达到稳定。(2)基于采样的水下传感网覆盖算法以水下三维传感器网络为研究对象,以提高水下三维传感网覆盖为目标,结合采样统计学思想和最优化算法,提出一种基于采样的水下三维覆盖优化算法。具体策略为,首先对三维水下无线传感器节点的部署区域进行平面采样,采样平面与节点的感知圆球相交在平面上形成半径不等的感知圆,将三维空间覆盖问题转化为异构网的平面覆盖问题；然后对平面进行直线采样,将平面覆盖优化问题转化为直线段的覆盖优化问题。以节点移动距离最小为优化目标,采样直线的最大覆盖为约束条件,根据直线段与平面感知圆的交点坐标之间关系,建立数学模型,在节点移动距离最小的情况下达到对直线段的最优覆盖。当采样平面中多条采样直线段达到最优覆盖时,采样平面的覆盖可得到优化；三维空间中多个采样平面的覆盖得到优化,水下三维空间的覆盖也将得到有效优化。仿真结果证实了算法可以有效的提高网络的覆盖率。(3)圆形区域内基于极坐标的覆盖优化算法水面节点的位置直接影响水下三维覆盖算法的性能,针对水环境监测网络随机部署时水面节点分布不均匀问题,提出一种基于极坐标的覆盖优化算法。算法分解为径向优化和圆周方向的优化两部分,对二维水平面的网络节点位置进行优化提高网络的覆盖率。具体策略为,径向优化时节点仅可以沿原点到节点的连线移动,计算节点相对每个邻居节点的虚拟半径大小,虚拟半径的矢量和为节点沿半径实际移动的距离；圆周方向优化时,节点仅可沿极坐标系中节点所在的圆环移动,计算节点相对每个邻居节点的虚拟角度的大小,虚拟角度的矢量和为节点沿圆周方向实际移动的角度。按照节点ID顺序依次迭代优化,并通过节点极坐标位置中半径值的限制,简单有效的将节点控制在部署区域内,尽可能减少节点间的重叠区域,优化网络的覆盖率。(4)面向水环境监测的定位算法针对恶劣环境中不适合放置过多的信标节点,或者信标节点失效时,如何部署信标节点对水环境中的传感器节点定位的问题,设计一种基于自适应网格的迭代定位算法对未知节点进行定位。具体策略为,将信标节点放置在未知节点分布区域的边缘,采用三角形余弦定理先对部分区域的未知节点进行定位,在已定位节点中选取最佳的信标节点,根据信标节点的位置和通信半径计算下一网格的宽度或者高度,迭代定位直至未知节点全部被定位。为了提高定位算法的适用性,对算法进行了改进,新的算法结合了极大似然定位算法和三角余弦定理定位算法,将信标节点按照一定的规则放置在节点部署区域的边缘。根据三角形余弦定理估计可定位区域内的所有未知节点的位置,已获得位置信息的节点标记为信标节点。计算剩余未知节点的邻居节点中包含信标节点的数目,若含有3个及以上的信标节点,则执行极大似然定位算法,迭代定位直到所有的节点被定位。