本文關(guān)鍵詞：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的聲納浮標(biāo)節(jié)點定位研究

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【摘要】：聲納浮標(biāo)是一種主要用于探測水下目標(biāo)物體的浮標(biāo)式聲納水聲遙感探測器,傳統(tǒng)的聲納浮標(biāo)定位系統(tǒng)主要由飛機(jī)上的浮標(biāo)投放設(shè)備、多頻道超短波浮標(biāo)信號接收裝置、浮標(biāo)信號處理和顯示設(shè)備以及聲納浮標(biāo)探測器等組成,一般用于航空反潛探測和固定聲納浮標(biāo)定位系統(tǒng)對水下潛艇等目標(biāo)的監(jiān)測預(yù)警等。傳統(tǒng)聲納浮標(biāo)定位系統(tǒng)中浮標(biāo)節(jié)點位置一般通過GPS來獲取,節(jié)點位置精確度較低,通常為20-30m,同時傳統(tǒng)聲納浮標(biāo)定位主要是基于單個聲納浮標(biāo)節(jié)點,對水中目標(biāo)定位精度較低,據(jù)此提出了由大量聲納浮標(biāo)節(jié)點通過無線通信方式組成一個聲納浮標(biāo)節(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點使用休眠-喚醒-休眠的工作方式,以一定周期間隔采集數(shù)據(jù),利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù),結(jié)合多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)、信息處理技術(shù)以及嵌入式技術(shù)實現(xiàn)對聲納浮標(biāo)節(jié)點精確定位,同時還能夠通過各個聲納浮標(biāo)節(jié)點位置信息來實現(xiàn)對水中目標(biāo)的定位。由于在實際海洋環(huán)境中,聲納浮標(biāo)節(jié)點可能會隨著洋流運(yùn)動位置不斷變化,本文選擇了一種可用于移動節(jié)點定位的基于RSSI(接收信號強(qiáng)度)測距算法和極大似然估計測量定位法來對聲納浮標(biāo)節(jié)點進(jìn)行定位,文中對該算法原理和實現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并仿真分析結(jié)果表明算法在移動節(jié)點定位中的有效性和較高的定位精度。在獲取聲納浮標(biāo)節(jié)點位置信息后,利用各個聲納浮標(biāo)節(jié)點位置信息和超聲波球體相交定位發(fā)實現(xiàn)對水中目標(biāo)的定位。本文為了解決由于海洋洋流的作用導(dǎo)致聲納浮標(biāo)節(jié)點位置不斷變化甚至節(jié)點之間無法通信的問題,這里采用聲納浮標(biāo)節(jié)點之間相互鎖連方式,各個節(jié)點通過固定繩索相互連接起來。考慮到聲納浮標(biāo)監(jiān)測節(jié)點所處海洋工作環(huán)境中電磁干擾較多,不容易更換電池,此外隨著節(jié)點不斷移動節(jié)點間距離增大可能會導(dǎo)致節(jié)點之間無法相互通信,文中設(shè)計了一種矩形微帶天線。該天線是基于CC2430的2.4GHz,具有抗干擾能力強(qiáng)、能量消耗低、通信距離遠(yuǎn)等特點。最后對天線仿真表明通信距離最大可達(dá)80m以上,基本滿足實際環(huán)境中節(jié)點間通信范圍的要求。由于文中聲納浮標(biāo)監(jiān)測節(jié)點使用ISM頻段2.4GHz,這里節(jié)點之間通信協(xié)議可選擇ZigBee協(xié)議,它是一種面向低功耗、低速率、短距離的無線通信協(xié)議。此外為了保證聲納浮標(biāo)匯聚節(jié)點能夠與網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點正常通信,聲納浮標(biāo)匯聚節(jié)點的無線通信部分選擇CC2430外加射頻前端芯片CC2591,通信距離可達(dá)1000m以上。此外匯聚節(jié)點使用3G通信方式與基站進(jìn)行通信,滿足數(shù)據(jù)傳輸速度快,信息量大的要求。本文詳細(xì)分析目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法實現(xiàn)過程并對各種算法進(jìn)行仿真對比分析其優(yōu)劣。然后針對聲納浮標(biāo)節(jié)點定位的特點,選擇基于測距RSSI算法和極大似然估計測量定位方法,利用Matlab7.0對該定位算法進(jìn)行仿真,實驗仿真結(jié)果顯示,節(jié)點定位平均誤差大約為2.64m,相對于節(jié)點的通信范圍20m來說,相對誤差大約為10%-15%之間,基本滿足實際工作環(huán)境的應(yīng)用要求,具有較高的定位精度。最后文中針對聲納浮標(biāo)節(jié)點對水中目標(biāo)定位,提出了超聲波球體相交定位方法,詳細(xì)介紹定位原理和過程,并詳細(xì)設(shè)計具體定位實現(xiàn)電路。
【關(guān)鍵詞】：聲納浮標(biāo)定位系統(tǒng) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位 節(jié)點間相互鎖鏈 基于RSSI測距算法
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB56;TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第1章 引言9-15
• 1.1 研究背景及選題意義9-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)13-15
• 第2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的原理和算法15-28
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述15-17
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)17-28
• 2.2.1 基于非測距的定位算法18-20
• 2.2.2 三種基于非測距定位算法的優(yōu)劣比較及仿真結(jié)果20-22
• 2.2.3 基于測距的定位算法22-24
• 2.2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位位置的計算方法24-28
• 第3章 聲納浮標(biāo)節(jié)點硬件設(shè)計28-39
• 3.1 相關(guān)芯片介紹28-30
• 3.2 聲納浮標(biāo)節(jié)點定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)30-31
• 3.3 聲納浮標(biāo)監(jiān)測節(jié)點硬件設(shè)計31-35
• 3.3.1 聲納浮標(biāo)監(jiān)測節(jié)點天線設(shè)計和仿真33-35
• 3.4 聲納浮標(biāo)匯聚節(jié)點硬件設(shè)計35-38
• 3.4.1 聲納浮標(biāo)匯聚節(jié)點供電電路設(shè)計36-38
• 3.5 聲納浮標(biāo)節(jié)點硬件仿真38-39
• 第4章 聲納浮標(biāo)節(jié)點定位算法的設(shè)計及仿真39-46
• 4.1 聲納浮標(biāo)節(jié)點定位算法的設(shè)計39-43
• 4.2 聲納浮標(biāo)節(jié)點定位算法的仿真及結(jié)果43-46
• 第5章 聲納浮標(biāo)節(jié)點對水中目標(biāo)定位的設(shè)計46-50
• 5.1 聲納浮標(biāo)節(jié)點對水中目標(biāo)定位的原理和過程46-47
• 5.2 聲納浮標(biāo)節(jié)點對水中目標(biāo)定位的電路設(shè)計47-50
• 總結(jié)50-51
• 致謝51-52
• 參考文獻(xiàn)52-54
• 攻讀學(xué)位期間取得學(xué)術(shù)成果54-55
• 附錄55-57

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李煜;程遠(yuǎn)國;楊露菁;;二元探測傳感器網(wǎng)絡(luò)的遞推加權(quán)質(zhì)心目標(biāo)定位算法[J];海軍工程大學(xué)學(xué)報;2008年05期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉麗君;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的研究[D];大連理工大學(xué);2009年

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本文編號：1130409