本文關(guān)鍵詞：基于顏色濾波和距離測(cè)量的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位是當(dāng)前水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)(UASNs)的關(guān)鍵技術(shù)之一,該論文對(duì)水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、體系結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了總結(jié),并分析和介紹了一些已有的經(jīng)典測(cè)距方法和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位算法。本文針對(duì)水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),提出了以下幾種移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位算法。(1)在現(xiàn)有的經(jīng)典顏色定位算法的基礎(chǔ)上提出了一種基于分層結(jié)構(gòu)的新顏色濾波移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位算法(ACFL)應(yīng)用于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中。為了進(jìn)一步提高定位精度,在此基礎(chǔ)上又提出了一種基于投影距離的新顏色濾波移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位算法(PCFL)應(yīng)用于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中。針對(duì)兩種算法的不同之處,ACFL在定位過(guò)程中利用到達(dá)角度法(AOA)進(jìn)行測(cè)距,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的直接距離在定位過(guò)程中被采用。PCFL在定位過(guò)程中同樣也是利用到達(dá)角度法(AOA)進(jìn)行測(cè)距,而利用了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的投影距離,改變了從三維到二維的距離測(cè)量。針對(duì)兩種算法的相同之處,以上兩種定位算法為定位移動(dòng)節(jié)點(diǎn)將原有的二維顏色定位算法進(jìn)行了改進(jìn)并應(yīng)用到水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中。該論文提出了三維分層投影的網(wǎng)絡(luò)模型,通過(guò)顏色序列濾波,利用局部采樣濾波的思想,在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所在平面投影點(diǎn)的通信范圍的交疊區(qū)域內(nèi)進(jìn)行采樣,通過(guò)比較樣本點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的顏色(RGB)差值序列,篩選樣本點(diǎn)。利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的距離比例因子計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的RGB序列值,利用錨節(jié)點(diǎn)與篩選出來(lái)的樣本點(diǎn)之間的距離比例因子計(jì)算樣本點(diǎn)的RGB序列值,進(jìn)一步計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和樣本點(diǎn)的RGB序列值,利用權(quán)重的方法計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。仿真結(jié)果表明,PCFL和ACFL具有良好的定位性能,并能及時(shí)定位移動(dòng)節(jié)點(diǎn),PCFL的平均定位誤差與一種適用于UASNs的基于測(cè)距的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位算法(An Anchor-Free Localization Algorithm,簡(jiǎn)稱為AFLA),的平均定位誤差相比可以減少30.4%。(2)為了更進(jìn)一步提高定位精度,本文又提出了一種TOF測(cè)距、能量篩選的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位算法(ESDM-TOF)應(yīng)用于水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中。該算法在傳統(tǒng)飛行時(shí)間(TOF)技術(shù)的基礎(chǔ)上,引入比例因子做歸一化處理,計(jì)算聲信號(hào)的傳播距離。此外,為了減少能量消耗,提高能量利用率,通過(guò)比較聲信號(hào)傳播過(guò)程中能量損失值大小,在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)選取至少四個(gè)任務(wù)錨節(jié)點(diǎn)用于定位移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。利用選出來(lái)的任務(wù)錨節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成四面體,采用海倫空間二乘法,利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與任務(wù)錨節(jié)點(diǎn)之間的幾何關(guān)系,結(jié)合平面方程和最小二乘法計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)最終驗(yàn)證了新算法的定位性能以及定位精度的好壞。
【關(guān)鍵詞】：水聲傳感器網(wǎng)絡(luò) 顏色序列值 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位 海倫空間二乘法
【學(xué)位授予單位】：河北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-15
• 1.1 研究背景11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 論文的研究?jī)?nèi)容以及創(chuàng)新點(diǎn)12-14
• 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)14-15
• 2 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)概述15-21
• 2.1 UASNs的結(jié)構(gòu)15-17
• 2.1.1 UASNs的體系結(jié)構(gòu)15-16
• 2.1.2 UASNs的分層結(jié)構(gòu)16-17
• 2.1.3 UASNs的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)17
• 2.2 UASNs的特點(diǎn)17-18
• 2.3 UASNs的應(yīng)用領(lǐng)域18-19
• 2.4 本章小結(jié)19-21
• 3 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位21-31
• 3.1 節(jié)點(diǎn)定位21-22
• 3.1.1 節(jié)點(diǎn)定位的基本概念21
• 3.1.2 節(jié)點(diǎn)定位存在的問(wèn)題21-22
• 3.2 常用的測(cè)距方法22-24
• 3.2.1 到達(dá)時(shí)間法(TOA)23
• 3.2.2 到達(dá)時(shí)間差法(TDOA)23
• 3.2.3 接收信號(hào)強(qiáng)度指示法(RSSI)23-24
• 3.2.4 到達(dá)角度法(AOA)24
• 3.3 經(jīng)典的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位算法24-27
• 3.3.1 Euclidean定位算法24
• 3.3.2 質(zhì)心定位算法24-25
• 3.3.3 極大似然估計(jì)法25-26
• 3.3.4 DV-Hop定位算法26-27
• 3.4 UASNs的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位算法27-30
• 3.4.1 MobiL定位算法28
• 3.4.2 LDB定位算法28-29
• 3.4.3 GNA-ESSP定位算法29
• 3.4.4 AFLA定位算法29-30
• 3.4.5 ARTL定位算法30
• 3.5 本章小結(jié)30-31
• 4 新顏色濾波移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位算法31-49
• 4.1 PCFL和ACFL算法概述和系統(tǒng)框架31-32
• 4.2 CDL定位算法32-33
• 4.3 PCFL和ACFL定位算法33-40
• 4.3.1 三維的分層網(wǎng)絡(luò)模型34-35
• 4.3.2 選取采樣區(qū)域35-36
• 4.3.3 計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的RGB序列值36-37
• 4.3.4 權(quán)重計(jì)算37-38
• 4.3.5 可行性分析38-39
• 4.3.6 算法步驟39-40
• 4.4 仿真結(jié)果40-48
• 4.4.1 PCFL和ACFL的定位性能的比較41-44
• 4.4.2 總能量消耗與錨節(jié)點(diǎn)密度的比較44-45
• 4.4.3 運(yùn)行時(shí)間與樣本點(diǎn)個(gè)數(shù)的關(guān)系45
• 4.4.4 五種算法定位誤差的比較45-46
• 4.4.5 五種算法的誤差分布圖46-47
• 4.4.6 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的速度的影響47-48
• 4.4.7 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的影響48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 5 TOF測(cè)距、能量篩選的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位法49-63
• 5.1 ESDM-TOF算法概述和系統(tǒng)框架49-50
• 5.2 ESDM-TOF定位算法50-57
• 5.2.1 TOF測(cè)量方法50-51
• 5.2.2 傳播距離的測(cè)量51-53
• 5.2.3 能量篩選任務(wù)錨節(jié)點(diǎn)53-54
• 5.2.4 海倫空間二乘法54-56
• 5.2.5 算法復(fù)雜度的比較56
• 5.2.6 算法步驟56-57
• 5.3 仿真實(shí)驗(yàn)57-62
• 5.3.1 總的能量傳播損失與最大傳播距離的關(guān)系58
• 5.3.2 均方根誤差與任務(wù)錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的關(guān)系58-59
• 5.3.3 均方根誤差與錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的關(guān)系59-60
• 5.3.4 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度的影響60
• 5.3.5 平均能量消耗的對(duì)比60-61
• 5.3.6 運(yùn)行次數(shù)與死亡節(jié)點(diǎn)占比61-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 6 總結(jié)63-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 致謝71-73
• 攻讀學(xué)位期間取得的科研成果清單73

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