【摘要】：水下目標(biāo)定位技術(shù)是水下傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中最重要的一部分,是該領(lǐng)域研究的主要方向之一,在商業(yè)與軍事領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由于水聲環(huán)境的復(fù)雜多變性,水下傳感器網(wǎng)絡(luò)具有流動性,布放稀疏,能量受限等特點,給水下定位技術(shù)帶來了一定的挑戰(zhàn)。本文從聲線矯正、信號快速檢測、傳播時延估計的方面修復(fù)水聲定位系統(tǒng)的測距誤差,并通過錨節(jié)點擇優(yōu)算法平衡定位性能與能量使用效率,優(yōu)化水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)定位效果。論文以美國國家海洋數(shù)據(jù)中心公開的海洋實測數(shù)據(jù)分析了深海、淺海樣例的聲學(xué)特性,剖析了聲信號在海洋環(huán)境傳播過程中的聲線彎曲現(xiàn)象,并分別計算信標(biāo)測距的等效聲速,修復(fù)因聲線彎曲傳播帶來的定位誤差。論文針對同步信號接收端固定門限設(shè)置帶來的虛警與漏檢現(xiàn)象矛盾的問題,提出了一種基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的水聲定位時延估計算法。首先,算法根據(jù)匹配濾波法設(shè)置自適應(yīng)動態(tài)門限捕獲同步信號,其次,利用FRFT在合適階次上實現(xiàn)信號與噪聲分離的特性進(jìn)行FRFT再檢測,進(jìn)一步剔除虛警信號;最后通過FRFT的尖峰偏移量進(jìn)行時延誤差修正。仿真結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)算法,該算法在一定程度上緩解了虛警與漏檢現(xiàn)象的矛盾,修復(fù)了因時延誤差帶來的定位測距誤差,具有較好的實際應(yīng)用價值。論文針對水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中節(jié)點冗余的場景,提出了一種基于粒子群的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點擇優(yōu)算法,在保證一定定位精度的前提下,綜合考慮通信開銷與節(jié)點剩余能量情況,位置可疑度,聲線傳播彎曲特性等因素,設(shè)計錨節(jié)點擇優(yōu)機制,使用粒子群算法迭代出最優(yōu)的傳感器組合,對錨節(jié)點的定位信號發(fā)射進(jìn)行規(guī)劃。仿真結(jié)果表明,該算法具有計算量小,收斂快,定位精度高等特點,能有效提高節(jié)點能量利用率,較好地適用于水聲定位場景。
【圖文】：

圖１－２定位精度優(yōu)化示意圖逡逑基于測距的水聲定位系統(tǒng)是根據(jù)聲源輻射的聲信號從錨節(jié)點發(fā)射到目標(biāo)節(jié)逡逑點接收過程的時延差，與一定的海洋聲速相乘，轉(zhuǎn)化為錨節(jié)點與待測物體的距離逡逑差（偽距），實現(xiàn)目標(biāo)定位。本文基于以上場景，采用ＴＯＡ定位技術(shù)，，從測距信逡逑息優(yōu)化與節(jié)點擇優(yōu)兩方面提高定位精度。類比于ＧＰＳ定位中的偽距影響，文章逡逑從聲線誤差與時延誤差兩個誤差因素來源進(jìn)行分析，修正測距信息；類比于衛(wèi)星逡逑定位系統(tǒng)中的多星選擇策略問題，文章結(jié)合水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)特性，在保證一定定逡逑位精度的前提下，綜合考慮通信開銷與節(jié)點剩余能量情況，位置可疑度，聲線傳逡逑播彎曲特性等因素，設(shè)計錨節(jié)點擇優(yōu)機制，優(yōu)化定位算法。逡逑海洋中的聲速變化是影響定位系統(tǒng)測距誤差的重要因素，由于聲速與溫度，逡逑鹽度和壓強有關(guān)，呈現(xiàn)垂直分布特性。垂直方向上的不均勻分布使得聲波發(fā)生折逡逑射，聲線產(chǎn)生彎曲，聲信號在錨節(jié)點與待測物體之間的傳播是彎曲行進(jìn)的，所以逡逑

邐第】章緒論邐逡逑１．４主要研究內(nèi)容逡逑本文根據(jù)水聲定位原理，提出了基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的同步信號檢測與時逡逑延估計算法，基于粒子群的節(jié)點擇優(yōu)算法，并根據(jù)海洋聲學(xué)傳播特性，對定位過逡逑程中的聲速變化進(jìn)行誤差修復(fù)，修正定位數(shù)據(jù)。逡逑—一
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.3;TP212.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2661031