提出了一種無精準同步的小規(guī)模水聲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相對自定位方法。針對節(jié)點數(shù)量較少的小規(guī)模水聲網(wǎng)絡(luò),利用水聲通信在無精準時鐘同步的情況下進行節(jié)點間測距,進而根據(jù)由相鄰節(jié)點構(gòu)成的三角形結(jié)構(gòu)校正節(jié)點的相對位置。通過仿真得到,在幾種典型拓撲結(jié)構(gòu)下,該方法在測距誤差不超過10 m時,將初始定位誤差降低40%以上。在水聲網(wǎng)絡(luò)自組織的同時進行節(jié)點自定位,避免了傳統(tǒng)的二次定位過程,節(jié)省了節(jié)點能耗和定位時間,并在一定范圍內(nèi)提高了定位精度。 

【文章來源】：聲學(xué)學(xué)報. 2020,45(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

圖１２?３種拓撲結(jié)構(gòu)的節(jié)點能耗??以５節(jié)點星型拓撲結(jié)構(gòu)為例，比較本文采用的??類ＴＯＡ測距方法與傳統(tǒng)ＴＯＡ測距方法在通信時的??：〇１２３

??真實值??初始值??４期??時刻，記為“時刻３”；完成測距時刻，記為“時刻４”。??從表中可以看出，類ＴＯＡ測距方法相對于傳統(tǒng)ＴＯＡ??測距方法，減少了至少一半的能量消耗。??２．２．２定位分析??測距完成后，進行ＧＰＳ校正，并設(shè)定３種ＧＰＳ??初始值與真實值的偏差情況，其中情況１如圖１３所??示，情況２如圖１４所示，即所有節(jié)點朝同一個方向??偏，情況３為隨機設(shè)定。將５節(jié)點蜂窩式拓撲結(jié)構(gòu)??同樣設(shè)定此３種情況，８節(jié)點只設(shè)定一種情況，即情??況３，隨機設(shè)定。??圖１５為５節(jié)點星型拓撲結(jié)構(gòu)在初始值偏差情??況１下的定位誤差，此誤差為絕對誤差，圖中？‘初始??值”表示節(jié)點在放入水下時記錄的初始的ＧＰＳ初始??值與節(jié)點ＧＰＳ真實值的誤差，？？一次校正值”表示一??次校正后的ＧＰＳ值與節(jié)點ＧＰＳ真實值的誤差，“二??次校正值“表示二次校正后的ＧＰＳ值與節(jié)點ＧＰＳ真??實值的誤差。??從以上的定位誤差圖可以看出，在初始值偏差??情況１下，一次校正后有些節(jié)點的誤差比初始值誤??而雖然在二次校正后有些節(jié)點的誤差比一??在完成校正后，節(jié)點自定位更加精準。??按以下公式可得到每個節(jié)點初始值、一次校正??值和二次校正值的相對誤差：??絕對誤差??相對ｉ??ｘ?１００％．??（１４）??真實值??再取５個節(jié)點的平均值，得到５節(jié)點星型拓撲結(jié)構(gòu)??在初始值偏差情況１下的初始值誤差、一次校正值??誤差和二次校正值誤差，之后依次求得在初始值偏??差情況２下和情況３下的誤差。表３列出了?５節(jié)點??圖１５??表３可以看出，在初始值偏差情況１下，一次??校正后有些節(jié)點的誤差比初始值誤差要大，而雖然??在二次校正后

４９４??２０２０?年??１０〇０?１０００?２０００?３０００?４０００?５０００??距離（ｍ）??圖１６海面聲速為１５０３?ｍ／ｓ時的聲線圖??根據(jù)圖１６計算接收節(jié)點最先收到的聲線的長??度，作為實際計算得到的兩節(jié)點間距離值，為５０１０?ｍ，??與真實距離５０００?ｍ的誤差為１０?ｍ。??將海面聲速改變?yōu)椋保担矗?ｍ／ｓ，得到的聲線圖如??圖１７。根據(jù)圖１７計算接收節(jié)點最先收到的聲線的長??度，為５０１１?ｍ，與真實距離５０００?ｍ的誤差為１１?ｍ。??多次改變海面的聲速大小并進行仿真，計算得??到聲線彎曲帶來的測距誤差的平均值為１１．２?ｍ。??（２）聲速誤差：在實際聲速測量中也會產(chǎn)生誤??差。國外的ＲＢＲ?ｄｕｅｔ?ＴＤ?ｔｉｄｅ微型溫度潮位儀中，??溫度的測量精度為０．００２，壓力的測量精度為滿量程??的０．０５％，聲速測量誤差約為０．０１?ｍ／ｓ．??明校正效果好，而且誤差相對減少比例越小，說明校??正值越接近真實值，校正效果越好。??表４可以看出，除去初始值均向一個方向偏的??情況２，其它的誤差相對減少比例均為負值，即校正??值更接近真實值，且誤差均減小了大約４０％；隨著網(wǎng)??絡(luò)中節(jié)點個數(shù)的增加，所能組成的三角形個數(shù)在增??加，節(jié)點可以進行ＧＰＳ校正的次數(shù)也在增加，可以??看到誤差相對減少比例也在逐漸減小，說明校正值??越來越接近真實值。??２．２．３測距誤差的影響??在實際節(jié)點自定位中，由于海洋復(fù)雜的水聲環(huán)??境和設(shè)備條件等，可能造成節(jié)點得出的與其它節(jié)點??間的距離產(chǎn)生誤差。首先分析可能造成測距誤差的??因素及其大概誤差范圍，再分析測距精度對定位的??影響程度。??可能造成節(jié)點

【參考文獻】：
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本文編號：3309225