【摘要】：隨著國家越來越重視海洋領(lǐng)域,海洋水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)也在水下相關(guān)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)重要的探索價值。其中水下目標有效定位是水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的重要應用,其主要作用是得到水下目標的有效位置,為接下來的深入研究做鋪墊。但是,由于水下復雜環(huán)境和噪聲的存在,目標定位任務大大增加。本文從實現(xiàn)水下目標精確定位的角度出發(fā),利用水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢,通過設(shè)計一種適用的傳感器網(wǎng)絡(luò)和提出一種異步時鐘下的信息交互方式,重新整合處理目標信息,達到降低測量誤差及噪聲對定位過程影響的目的,提高水下目標的定位精度。首先,針對水下環(huán)境的復雜性對目標定位的影響,提出一種適合于水下目標定位的傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。并根據(jù)水下目標節(jié)點(水下潛器)的移動特性建立目標節(jié)點運動學模型,采用請求式異步交互方式解決節(jié)點間時鐘不同步問題。再針對測量信息誤差不可避免的情況,設(shè)計擴展卡爾曼濾波和無跡卡爾曼濾波定位算法,以減少噪聲對定位精度的影響,獲得更高定位精度。其次,針對水下環(huán)境復雜多變的因素和節(jié)點模型多樣性問題,引入四自由度的目標節(jié)點運動學和動力學模型。針對水下節(jié)點間時鐘不同步,測量誤差與水下噪聲而造成的定位精度降低的問題,提出基于異步時鐘下的擴展卡爾曼和無跡卡爾曼定位算法。并在理論上分析算法的穩(wěn)定性,求解克拉美羅下界并做比較,以消除測量誤差和水下噪聲影響,提高水下目標的定位精度。最后,針對水下環(huán)境中客觀存在的聲音在水下分布不均勻和目標定位過程中相對移動的定位問題,考慮聲線彎曲對目標定位的影響,提出移動補償策略來解決定位過程中目標節(jié)點的移動誤差,采用擴展卡爾曼濾波算法減弱測量誤差和水下環(huán)境噪聲的影響,以進一步提高水下目標的定位精度。
【圖文】：

圖 3-1 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu))水面浮標：漂浮在水面, 可通過北斗導航或全球定位系統(tǒng)獲取自身位置及時息，其主要作用是協(xié)助水下傳感器節(jié)點進行自定位。)水下傳感器節(jié)點：懸浮于水下, 具有低復雜度以及廉價特點，可通過浮標的自身位置, 但受水下噪聲等因素影響時鐘并不同步，其主要作用是通過信息獲取水下潛器的位置信息。)水下潛器：具備感知、傳輸、計算功能，可看作是“合作目標” ，并能通過節(jié)點廣播請求定位信息來啟動整個定位過程。不失一般性，假設(shè)水下潛器傳感器, 以直接獲取自身深度(即 z 軸)位置信息�；诖�，水下潛器需采用異步定位算法確定其 x 與 y 軸位置信息。于上述的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，水面浮標通過 GPS 或者北斗導航進行自定位，獲得有信息。再通過水聲通信與水下傳感器節(jié)點進行信息交互，實現(xiàn)無論水流還影響下，，水下傳感器都能實現(xiàn)自定位(即自身位置已知)。在水下傳感器節(jié)點
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.9;TN929.3

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本文編號：2631437