本文關鍵詞：水下通信網絡及其自定位的系統(tǒng)設計與實現，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水下無線通信網絡是目前水聲領域的研究熱點之一。本文在研究了水下無線通信網絡特點及水聲信道特性的基礎上,設計了一套水聲網絡節(jié)點的系統(tǒng)實現方案,研究了自定位與測距的相關技術,進行了相關的仿真與水池實驗,最終完成了一套能夠實現自組織網絡功能的水下通信網絡系統(tǒng)。本文的主要研究成果與創(chuàng)新點如下:(1)設計并研制了1套6節(jié)點水聲網絡系統(tǒng),包括電子設備的硬件設計研制、軟件及代碼實現和總體的設計與研制等。該網絡節(jié)點可實現距離2km、信息速率500bit/s的水聲通信、測距、TDMA/ALOHA網絡協(xié)議、自定位網絡協(xié)議等功能;(2)提出了一種基于最佳頻率的自適應變頻測距方法。該方法通過多次迭代計算的方式找出兩點間測距最優(yōu)頻率,改善接收端信噪比,最終達到提高測距性能的目的。仿真表明,在信號頻帶為6-30KHz、距離為0.5-10km時使用基于最佳頻率的自適應變頻測距方法,能夠有效提高測距脈沖接收端信噪比約2至20dB,提高測距精度約0.5-7m。(3)提出了一種高效的節(jié)點間測距方法。該方法在測距過程中采用多次請求-應答機制,能夠充分利用聲信號在水中傳播的時延間隔,有效提高了測距工作效率。仿真表明,根據單組發(fā)送測距脈沖的次數,可相應提高測距效率1.5-4倍。(4)基于(1)研制的水聲通信網絡系統(tǒng),實現了一種自組織水聲網絡節(jié)點自定位方法,工作內容主要包括TDMA時序設計、基于有限狀態(tài)機的軟件編程、網絡通信格式化報文設計等,并進行了該方法與DV-HOP的定位仿真對比實驗。5節(jié)點水池定位實驗表明,該方法平均定位誤差≤0.5m,達到了應用要求。(5)針對所設計的網絡節(jié)點系統(tǒng)和自組織水聲網絡節(jié)點自定位方法,進行了通信、測距、TDMA協(xié)議、ALOHA協(xié)議和自定位相關水池實驗。水池試驗證明,該水聲通信網絡節(jié)點系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定,能夠為水聲網絡相關功能的實現提供保障,對水聲組網工作的開展有著重要的工程實用價值。
【關鍵詞】：水下無線通信網絡 定位與測距 水聲網絡節(jié)點設計 水聲網絡實驗
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 海洋聲學特性10-12
• 1.2.1 傳播損失10-11
• 1.2.2 海洋環(huán)境噪聲特性11
• 1.2.3 聲吶方程11-12
• 1.3 水聲信道特點概述12-14
• 1.4 水聲網絡結構及其特點概述14-16
• 1.5 水聲網絡的國內外研究現狀16-18
• 1.6 論文主要內容18-21
• 第2章 水聲網絡節(jié)點的設計與實現21-41
• 2.1 網絡節(jié)點硬件系統(tǒng)設計21-31
• 2.1.1 系統(tǒng)硬件框架設計21-22
• 2.1.2 數字處理部分設計22-27
• 2.1.3 其他硬件部分情況27-28
• 2.1.4 系統(tǒng)電源方案設計28-29
• 2.1.5 系統(tǒng)總體設計示意圖29-31
• 2.2 通信系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設計31-38
• 2.2.1 通信幀結構設計及其基本通信方式31-33
• 2.2.2 通信系統(tǒng)軟件總體設計33-34
• 2.2.3 信號發(fā)射模塊軟件設計34-35
• 2.2.4 信號接收模塊軟件設計35-36
• 2.2.5 通信系統(tǒng)實驗室實驗36-38
• 2.3 系統(tǒng)整機效果圖38-39
• 2.4 本章小結39-41
• 第3章 水聲網絡的自定位與距離測量技術41-65
• 3.1 典型節(jié)點自定位方法及其性能評價41-48
• 3.1.1 距離無關的定位方法41-43
• 3.1.2 基于距離的定位方法43-46
• 3.1.3 定位算法的性能評價指標及相關算法對比46-48
• 3.2 四種典型的測距方法性能分析與比較48-50
• 3.3 基于最佳頻率的自適應變頻測距方法50-61
• 3.3.1 基于最佳頻率的自適應變頻測距方法51-57
• 3.3.2 基于最佳頻率的自適應變頻方法性能仿真57-61
• 3.4 一種高效的節(jié)點間測距方法61-63
• 3.5 本章小結63-65
• 第4章 一種自組織水聲網絡節(jié)點自定位方法65-75
• 4.1 一種自組織水下網絡節(jié)點自定位方法65-68
• 4.1.1 相互測距過程65-66
• 4.1.2 數據交互定位過程66-68
• 4.2 一種自組織水下網絡節(jié)點定位方法的算法仿真68-70
• 4.3 網絡通信格式化報文設計70-71
• 4.4 基于有限狀態(tài)機的軟件編程及實現71-73
• 4.5 本章小結73-75
• 第5章 自組織水聲網絡水池實驗75-87
• 5.1 系統(tǒng)實驗內容、步驟與結果75-85
• 5.1.1 網絡節(jié)點系統(tǒng)通信實驗75-76
• 5.1.2 網絡節(jié)點兩點測距試驗76
• 5.1.3 網絡節(jié)點系統(tǒng)測距試驗76-79
• 5.1.4 TDMA網絡協(xié)議水池實驗79-80
• 5.1.5 ALOHA網絡協(xié)議水池實驗80-82
• 5.1.6 自組織水聲網絡系統(tǒng)自定位實驗82-85
• 5.2 實驗誤差分析85
• 5.3 本章小結85-87
• 第6章 全文總結及工作展望87-89
• 6.1 全文工作總結87-88
• 6.2 后期工作展望88-89
• 參考文獻89-95
• 附錄95-107
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明107-108
• 致謝108-109

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 單嫻;;油田企業(yè)網絡節(jié)點精細化管理系統(tǒng)的分析與設計[J];中國管理信息化;2009年19期

2 司衛(wèi)國;;基于網絡性能變化梯度的通信網絡節(jié)點重要程度評價方法[J];硅谷;2011年15期

3 任楓軒;李偉;;嵌入式無線網絡節(jié)點的設計[J];國外電子測量技術;2008年06期

4 鄢鋒;桂衛(wèi)華;胡志坤;馮懷成;;一種網絡節(jié)點通信控制的心跳模型[J];信息與控制;2008年05期

5 甘泉;寧光芳;;目標網絡節(jié)點在集群式攻擊下的損傷評定方法[J];計算機仿真;2014年05期

6 ;冠遠協(xié)助Rapid　Link擴展IP網[J];通信世界;2000年16期

7 趙金樓;齊英;;網絡節(jié)點的動態(tài)性與組織數據關系重組[J];科技進步與對策;2007年12期

8 黃書強;張震;周繼鵬;;無線Mesh網絡節(jié)點聚類屬性分析[J];東南大學學報(自然科學版);2012年02期

9 王霞;陳潔;;混合無線傳感器網絡節(jié)點覆蓋優(yōu)化[J];計算機仿真;2013年04期

10 李景格;莊軍;張楠;;無線網絡節(jié)點最優(yōu)化配置研究——以河北醫(yī)科大學第四醫(yī)院無線網絡配置為例[J];石家莊職業(yè)技術學院學報;2012年04期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 吳國鋒;何海;何鋒;廖理;黃景元;王航;吳錦虹;于曉剛;;光網絡節(jié)點中的一些影響因素[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學學術會議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

2 胡榮春;姚遠程;;無線傳感器網絡節(jié)點的分布式分層定位方法[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference（CCDC）[C];2011年

3 馮琳;劉國田;石雷;張本宏;;基于ZigBee的無線家庭網絡節(jié)點的設計[A];計算機技術與應用進展——全國第17屆計算機科學與技術應用（CACIS）學術會議論文集（下冊）[C];2006年

4 李春蓉;陳紅陽;鄧平;徐勇軍;;一種改進的無線傳感器網絡節(jié)點自定位算法[A];第四屆中國測試學術會議論文集[C];2006年

5 董晨華;袁慎芳;吳鍵;;用于結構疲勞測試的無線傳感器網絡節(jié)點的設計[A];2010航空試驗測試技術學術交流會論文集[C];2010年

6 劉燕;張瑞華;蘇令永;;無線傳感器網絡節(jié)點的設計與實現[A];第一屆中國高校通信類院系學術研討會論文集[C];2007年

7 孟令軍;夏善紅;;用音頻信號實現無線傳感器網絡節(jié)點間距測量[A];第十屆全國敏感元件與傳感器學術會議論文集[C];2007年

8 方文斌;劉娜靜;;基于多模融合的分布式層疊網絡節(jié)點可達性研究[A];2008通信理論與技術新發(fā)展——第十三屆全國青年通信學術會議論文集（下）[C];2008年

9 仲峰;劉從新;何科;朱榮臻;;基于ARM的無線傳感器網絡節(jié)點的設計[A];'2006系統(tǒng)仿真技術及其應用學術交流會論文集[C];2006年

10 陳梅;喬玉偉;倪偉;;一種低功耗無線傳感器網絡節(jié)點的硬件設計[A];第六屆全國信息獲取與處理學術會議論文集（3）[C];2008年

中國重要報紙全文數據庫 前7條

1 趙悅;國內首個國際光網絡節(jié)點開通[N];中華建筑報;2006年

2 劉慶;“網絡節(jié)點式”指揮芻議[N];解放軍報;2007年

3 劉東;IPv6走進現實網絡[N];計算機世界;2003年

4 木魚;去你的線纜 現在流行玩無線網絡[N];中國計算機報;2004年

5 中科院計算所 徐朝農 趙磊 徐勇軍;設計一個無線傳感器網絡節(jié)點[N];計算機世界;2005年

6 周曉波 本報記者 劉建偉;一場對抗戰(zhàn) 幾多新景觀[N];解放軍報;2012年

7 本版撰稿 小飛 龔勝;無線上網也設防 黑客靠邊[N];中國計算機報;2005年

中國博士學位論文全文數據庫 前4條

1 龍承志;能量有效的異質無線傳感器網絡節(jié)點協(xié)作問題研究[D];北京郵電大學;2009年

2 葉阿勇;無線傳感器網絡節(jié)點安全定位[D];西安電子科技大學;2009年

3 石琴琴;無線傳感器網絡節(jié)點自定位系統(tǒng)及其算法研究[D];上海交通大學;2009年

4 劉方斌;Ad Hoc網絡節(jié)點匿名保護的研究[D];南京理工大學;2012年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 顧雅莉;網絡節(jié)點匹配問題的數學建模及進化求解[D];中國礦業(yè)大學;2015年

2 任曉龍;網絡節(jié)點重要性排序算法及其應用研究[D];杭州師范大學;2015年

3 蔡建榮;交通網絡節(jié)點重要度評估方法研究及其應用[D];長沙理工大學;2014年

4 楊樂;無線傳感器網絡節(jié)點及能量獲取系統(tǒng)設計[D];國防科學技術大學;2013年

5 王s，

本文編號：474270