水聲傳感網(wǎng)絡(luò)(Underwater Acoustic Sensor Network,UASN)被廣泛應(yīng)用于海洋資源探索、水下數(shù)據(jù)收集、災(zāi)難預(yù)警、水下導(dǎo)航和軍事行動(dòng)等場(chǎng)景中,是海洋研究信息化的熱點(diǎn)。定位技術(shù)作為水聲傳感網(wǎng)絡(luò)中的支撐技術(shù),常用于估計(jì)水下目標(biāo)的位置、跟蹤水下節(jié)點(diǎn)、優(yōu)化媒體接入控制與路由協(xié)議的性能等。在水聲傳感網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)有效合理的定位技術(shù)具有重要的意義。考慮水聲傳感網(wǎng)絡(luò)的特性,本文主要研究水下定位技術(shù)中的分布式被動(dòng)定位技術(shù)。考慮到水下待定位節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間難以保持時(shí)鐘同步,且定位周期長(zhǎng)的問(wèn)題,論文首先在基于定位報(bào)文到達(dá)時(shí)間差(Time Difference of Arrival,TDoA)定位算法的基礎(chǔ)上提出定位報(bào)文同步發(fā)送的TDoA定位算法,并給出了算法的具體實(shí)現(xiàn)與詳細(xì)的誤差分析。TDoA定位算法面臨兩個(gè)主要問(wèn)題:第一是假設(shè)聲速恒定,這會(huì)導(dǎo)致一定的定位誤差;第二是要求所有信標(biāo)節(jié)點(diǎn)保持時(shí)鐘同步,這會(huì)導(dǎo)致高昂的同步代價(jià)。針對(duì)聲速恒定問(wèn)題,論文提出了一種結(jié)合聲速梯度(sound speed profile,SSP)的多徑輔助測(cè)距定位算法。該定位算法結(jié)合了 TDoA算法和多徑測(cè)距算法,水下節(jié)點(diǎn)額外利用了海底信標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位報(bào)文的幾何反射徑來(lái)輔助測(cè)距,進(jìn)而以實(shí)測(cè)的聲速梯度完成定位任務(wù),提高了定位精度。針對(duì)同步代價(jià)問(wèn)題,論文提出了 一種海底信標(biāo)輔助定位算法。海底信標(biāo)輔助定位算法僅要求海面信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘同步,其中海底信標(biāo)節(jié)點(diǎn)僅轉(zhuǎn)發(fā)海面信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位報(bào)文。理論分析與仿真結(jié)果表明,上述提出的定位算法可以有效解決T D o A算法所面臨的兩個(gè)主要問(wèn)題�；诙ㄎ粓�(bào)文的定位方法可以有效解決水下待定位節(jié)點(diǎn)的定位問(wèn)題,但在定位跟蹤中面臨實(shí)時(shí)性和低能耗無(wú)法兼容的問(wèn)題。針對(duì)于此,論文提出一種基于序貫濾波的定位跟蹤方法。論文首先構(gòu)建了可以最大化覆蓋海域的定位系統(tǒng),并設(shè)計(jì)了信標(biāo)節(jié)點(diǎn)廣播定位報(bào)文的時(shí)序�？紤]到時(shí)鐘異步的特性,在濾波方案中將每組定位報(bào)文或者相鄰兩組定位報(bào)文中不同定位報(bào)文的到達(dá)時(shí)刻差作為觀測(cè)值,實(shí)時(shí)處理觀測(cè)值數(shù)量不同的情況;考慮有效聲速隨位置變化的特性,將有效聲速作為狀態(tài)量進(jìn)行迭代更新,減小由于聲速變化引起的定位誤差。理論分析與仿真結(jié)果表明,本文提出的定位跟蹤方法可以很好地應(yīng)用到水下移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位跟蹤中。針對(duì)于定位報(bào)文同步發(fā)送的TDoA定位算法和基于濾波的定位跟蹤方法,本文給出湖試驗(yàn)證。試驗(yàn)首先進(jìn)行了定位報(bào)文同步發(fā)送TDoA定位算法的功能驗(yàn)證,并驗(yàn)證了信標(biāo)節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大小和水下節(jié)點(diǎn)所處位置對(duì)于定位性能的影響;另外試驗(yàn)還驗(yàn)證基于濾波的定位跟蹤方法在定位系統(tǒng)中的可行性。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP212.9;TN929.3
【部分圖文】：

士學(xué)位論文?制圓，多個(gè)圓的交點(diǎn)即為待定位節(jié)點(diǎn)的位置，如圖Ｕ所示。的坐標(biāo)位置即為解算多個(gè)圓的交點(diǎn)位置，其中《維的坐標(biāo)位置共面的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為參考節(jié)點(diǎn)，即需要《＋１個(gè)圓的交點(diǎn)才能解曲線方法多應(yīng)用于基于距離差的定位方法，即根據(jù)不同信標(biāo)節(jié)距離差解算待定位節(jié)點(diǎn)的位置。定位方法可以看成雙曲線的交，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置作為雙曲線的焦點(diǎn)，不同信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與待定位節(jié)線的長(zhǎng)軸。在《個(gè)錨節(jié)點(diǎn)（信標(biāo)節(jié)點(diǎn)）中，可以繪制條雙置即解算《－１條雙曲線的交點(diǎn)。??

士學(xué)位論文?制圓，多個(gè)圓的交點(diǎn)即為待定位節(jié)點(diǎn)的位置，如圖Ｕ所示。的坐標(biāo)位置即為解算多個(gè)圓的交點(diǎn)位置，其中《維的坐標(biāo)位置共面的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為參考節(jié)點(diǎn)，即需要《＋１個(gè)圓的交點(diǎn)才能解曲線方法多應(yīng)用于基于距離差的定位方法，即根據(jù)不同信標(biāo)節(jié)距離差解算待定位節(jié)點(diǎn)的位置。定位方法可以看成雙曲線的交，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置作為雙曲線的焦點(diǎn)，不同信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與待定位節(jié)線的長(zhǎng)軸。在《個(gè)錨節(jié)點(diǎn)（信標(biāo)節(jié)點(diǎn)）中，可以繪制條雙置即解算《－１條雙曲線的交點(diǎn)。??

２．１水下定位系統(tǒng)介紹??水下定位系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)覆蓋海域中位置未知目標(biāo)的定位和跟蹤功能。??一般情況下水下定位系統(tǒng)主要由信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和待定位節(jié)點(diǎn)組成，如圖２．１所示，其??中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)是位置已知的節(jié)點(diǎn)，包括浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)、ＡＵＶ、坐底平臺(tái)等；待定位節(jié)??點(diǎn)是位置未知的節(jié)點(diǎn)，也稱一般節(jié)點(diǎn)，其利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位報(bào)文信息來(lái)實(shí)現(xiàn)自??身位置的解算。另外，水下定位系統(tǒng)還包括岸基控制中心、船基控制中心，并借??助衛(wèi)星系統(tǒng)等。??全球定位＼??導(dǎo)航系統(tǒng)??星導(dǎo)航信號(hào)??Ｚ?／衛(wèi)星通信??＿信標(biāo)節(jié)￣７??／?１?定位報(bào)?／??Ｚ＿?．，＾Ｆ?／??水卜待定備??位節(jié)點(diǎn)＾ＡＵＶ??海底信?／??標(biāo)節(jié)點(diǎn)?＿＼Ｓ???圖２．１水下定位系統(tǒng)示意圖??在覆蓋海域中，漂浮在海面上、固定在海床上或者水下的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一定??的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，按一定時(shí)序廣播定位報(bào)文；位于移動(dòng)載體上的移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)更??１７??
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