發(fā)布時(shí)間：2019-07-16 17:57

【摘要】：隨著水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用的需求日益增多,深海空間站及海洋監(jiān)測等受到越來越多的關(guān)注,水下傳感器節(jié)點(diǎn)高精度的位置是融合傳感器數(shù)據(jù)、提供水下潛器航行輔助導(dǎo)航的關(guān)鍵信息。目前水下傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)尚處于初步研究階段,本文以提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平均定位精度為主要目的,研究了大規(guī)模分布式網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)、集中式網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)后置數(shù)據(jù)處理技術(shù)。分布式網(wǎng)絡(luò)中水下各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過獲取和周圍參考節(jié)點(diǎn)之間的距離信息來解算自身位置。由于通信距離有限,通常采用定位后的普通節(jié)點(diǎn)升級為參考節(jié)點(diǎn)供其他普通節(jié)點(diǎn)定位以保證大范圍內(nèi)的定位覆蓋率。而隨著定位節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增多,普通節(jié)點(diǎn)逐步升級為參考節(jié)點(diǎn),新定位的普通節(jié)點(diǎn)定位誤差會逐步累積。為此,如何保證在不影響網(wǎng)絡(luò)定位覆蓋率條件下減小逐級遞增的定位誤差是提升分布式節(jié)點(diǎn)定位精度的主要手段。本文結(jié)合參考節(jié)點(diǎn)位置誤差和距離測量誤差聯(lián)合估計(jì)單個(gè)普通節(jié)點(diǎn)位置,通過誤差傳播率預(yù)測普通節(jié)點(diǎn)的定位誤差從而控制參考節(jié)點(diǎn)的選取準(zhǔn)則。通過仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能夠有效提升分布式逐級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位精度,在深水中定位精度從3米提高到1米,效果顯著。集中式網(wǎng)絡(luò)中采取水面網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)對水下節(jié)點(diǎn)進(jìn)行距離測量和信息采集,從而統(tǒng)一解算水下節(jié)點(diǎn)的位置。在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中,由于水下節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多,普遍采用的TDMA、CDMA、FDMA等方式極易造成距離測量數(shù)據(jù)身份丟失,無法區(qū)分獲取的距離測量信息對應(yīng)水下節(jié)點(diǎn)身份的情況。常規(guī)采用的最小二乘方法或區(qū)域定位方法針對眾多身份丟失數(shù)據(jù)解算時(shí)需要區(qū)分匹配節(jié)點(diǎn)測量數(shù)據(jù)而定位效率極低。為此,提出一種定位方法實(shí)現(xiàn)集中式網(wǎng)絡(luò)身份信息缺失嚴(yán)重情況下的高精度、大范圍和高效率定位。本文提出的基于距離交匯的位置累積方法,通過精確的距離測量和平面內(nèi)位置累積判別節(jié)點(diǎn)的位置,以區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)概率最大的位置作為節(jié)點(diǎn)的定位結(jié)果。通過仿真和實(shí)驗(yàn)分析證明該方法具有與最小二乘法接近的定位精度,定位效率遠(yuǎn)高于常規(guī)方法。網(wǎng)絡(luò)定位是要使各個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一致的定位精度,以確保在數(shù)據(jù)融合或輔助導(dǎo)航過程中具有同等量級的位置信息。集中式網(wǎng)絡(luò)定位過程由于解算模型受數(shù)據(jù)質(zhì)量影響(由數(shù)據(jù)有效率、測距精度等決定)導(dǎo)致各個(gè)節(jié)點(diǎn)定位精度不一致;分布式網(wǎng)絡(luò)定位過程由于定位節(jié)點(diǎn)數(shù)目增多,各個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立解算,定位精度不一致。為此,對集中式/分布式網(wǎng)絡(luò)獲取的節(jié)點(diǎn)位置重新調(diào)整,獲得精確的相對位置,使各個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一致的定位精度從而提高網(wǎng)絡(luò)平均定位精度是后續(xù)數(shù)據(jù)處理的主要目的。本文以網(wǎng)絡(luò)平均定位誤差最小為準(zhǔn)則,以距離測量為觀測量對全部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新定位。以距離測量誤差構(gòu)建平差模型,由于方程個(gè)數(shù)小于待求解未知數(shù)個(gè)數(shù),采用添加最小二維范數(shù)的基準(zhǔn)條件求解欠定方程的方法。通過仿真和實(shí)驗(yàn)表明,本文提出的方法能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)平均定位精度,在淺水中網(wǎng)絡(luò)平均定位精度提升了近0.2米。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 廣泛應(yīng)用于海洋石油工程，為油氣管道鋪設(shè)的地質(zhì)調(diào)查、油氣管道施工及石逡逑油開采過程中管道的位置監(jiān)測以及后期的管道維護(hù)提供了有力保障［Ｍ］［３２］。其有代表性的逡逑產(chǎn)品包括ＦＵＳＩＯＮ邋６Ｇ長基線定位系統(tǒng)（如圖１．１），邋ＲＡＮＧＥＲ邋２超短基線定位系統(tǒng)（如逡逑圖１．２）及ＭＡＲＫＳＭＡＮ綜合定位系統(tǒng)（如圖１．１）。逡逑Ａ邋Ａ邋Ａ邋Ａ逡逑，

本文編號：2515181