一种基于移动信标的分布式水下网络定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于移动信标的分布式水下网络定位方法，属于水下无线传感器网络技术领域。1)AUV逐层移动，每隔相同时间广播发送信标信号，未知节点根据收到AUV发射信号的顺序，对其信号进行编码。2)未知节点收到的相邻路径上的信号覆盖范围的几何模型相交产生最内相交体，估计最内相交体的质心作为自身位置。本发明专利技术是一种三维分布式的定位方法，通过计算最内相交体的质心，来确定未知节点的位置。实验证明本发明专利技术有较高的节点定位准确率和节点定位覆盖率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水下传感器网络
，尤其涉及一种基于移动信标的分布式水下网络定位方法。
技术介绍
随着海洋资源的开发和利用成为世界各国关注的焦点，水下传感器网络也成为各个国家的研究热点，并在环境监测、灾难预报、资源开发等各个方面得到应用。二十世纪末，美国开展的Seaweb年度实验，对水下传感器网络的概念进行了论证并探究了它的实际应用价值。如今已经有越来越多的学校和研究所加入研究，如：美国计算机学会、麻省理工学院、康涅狄格州大学、伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)、佐治亚理工学院和新加坡国立大学等。“十一五”期间我国863中的海洋技术主题和国家自然科学基金都支持了许多这方面技术。同陆上传感器网络一样，定位方法是水下传感器网络的重要研究内容之一，其目的是利用已知节点的位置来获得未知节点的位置。目前陆上传感器网络的定位方法已经得到了很大的发展。但是，由于水下的通信环境具有信道带宽低、数据传输率低、高衰减、高延迟、高误码率、能量消耗大及拓扑结构动态变化等特点，与陆地环境存在很大的区别，大部分陆上无线传感器网络定位方法不适合水下无线传感器网络。因此，针对水下传感器网络设计高效的定位方法对于推动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于移动信标的分布式水下网络定位方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：AUV获得指令后下潜到指定深度，在此深度平面上沿既定路径移动，每隔相同时间间隔广播发送信标信号，信号中包含AUV的位置信息，信号覆盖范围的形状是下半球状；当AUV的移动轨迹覆盖了此层水域后，它上升到水面校正自身的位置，然后再次下潜到另一指定深度，继续发送信标信号；步骤二：未知节点根据收到AUV发射信号的顺序，对信号覆盖区域的几何模型进行编码；当收到第一条路径上的信号时，将其编码为T11，T12......T1n，当收到第二条路径上的信号时，编码为T21、T22......T2n，当收到第n条路径上的信号时，编码为Tn1...

【技术特征摘要】
1.一种基于移动信标的分布式水下网络定位方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：AUV获得指令后下潜到指定深度，在此深度平面上沿既定路径移动，每隔相同时间间隔广播发送信标信号，信号中包含AUV的位置信息，信号覆盖范围的形状是下半球状；当AUV的移动轨迹覆盖了此层水域后，它上升到水面校正自身的位置，然后再次下潜到另一指定深度，继续发送信标信号；步骤二：未知节点根据收到AUV发射信号的顺序，对信号覆盖区域的几何模型进行编码；当收到第一条路径上的信号时，将其编码为T11，T12......T1n，当收到第二条路径上的信号时，编码为T21、T22......T2n，当收到第n条路径上的信号时，编码为Tn1、Tn2......Tnn；步骤三：在规定时间内，未知节点选择每条路径上能够收到的第一个信号和最后一个信号，这些信号的覆盖区域的几何模型相交，产生的公共部分，为最内相交体；如果未知节点利用两个信号定位，则计算这两个信号覆盖区域的几何模型组成的最内相交体的质心，作为自身位置；如果未知节点利用三个信号定位，则计算这三个信号覆盖区域的几何模型组成的最内相交体的质心，作为自身位置；如果未知节点利用四个信号定位，则计算这四个信号覆盖区域的几何模型组成的最内相交体的质心，作为自身位置；如果未知节点没收到信号或只收到一个信号，则不执行定位计算过程。2.根据权利要求1所述的一种基于移动信标的分布式水下网络定位方法，其特征在于：未知节点利用两个信号定位，这两个信号覆盖区域的几何模型组成的最内相交体为： ( x - x 11 ) 2 + ( y - y 11 ) 2 + ( z - z 11 ) 2 ≤ R 2 ( x - x 1 n ) 2 + ( y - y 1 n ) 2 + ( z - z 1 n ) 2 ≤ R 2 z ≤ z 11 ]]>其中(x11，y11，z11)和(x1n，y1n，z1n)是未知节点收到的第一个和最后一个信标信号的球心坐标，R是信号的半径；联立两个半球上表面的方程，得到方程组I： ( x - x 11 ) 2 + ( y - y 11 ) 2 = R 2 ( x - x 1 n ) 2 + ( y - y 1 n ) 2 = R 2 ]]>如果方程组I只有一个解，则这两个信标信号的位置相切，切点就是未知节点间的位置；如果方程组I有两个解：这两个解是最内相交体的上顶点坐标；最内相交体最低点坐标到球心所在球面的垂直距离为： d = R 2 - ( x 1 n - x 11 2 ) 2 ]]>最内相交体的最低点坐标是根据最内相交体顶点计算得到未知节点的位置。3.根据权利要求1所述的一种基于移动信标的分布式水下网络定位方法，其特征在于：未知节点利用三个信号定位，(x11，y11，z11)、(x1n，y1n，z1n)和(x21，y21，z21)是未知节点用于定位的信标信号的球心坐标，R是信号的半径；根据球心坐标与半径的关系，判断是否有两个信号的位置相切，如果有，则切点就是未知节点的位置；如果没有，最内相交体为： ( x - x 11 ) 2 + ( y - y 11 ) 2 + ( z - z 11 ) 2 ≤ R 2 ( x - x 1 n ) 2 + ( y - y 1 n ) 2 + ( z - z 1 n ) 2 ≤ R 2 ( x - x 21 ) 2 + ( y - y 21 ) 2 + ( z - z 21 ) 2 ≤ R 2 z ≤ z 11 ]]>建立方程组II： ( x - x 11 ) 2 + ( y - y 11 ) 2 + ( z - z 11 ) 2 = R 2 ( x - x 1 n ) 2 + ( y - y 1 n ) 2 + ( z - z 1 n ) 2 = R 2 ( x - x 21 ) 2 + ( y - y 21 ) 2 + ( z - z 21 ) 2 = R 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晓宁，王卓，张文，朱晓龙，蔡绍滨，曲立平，孟宇龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23