[发明专利]一种水下传感器网络的节点定位方法

权利要求书

1.一种水下传感器网络的节点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

a).建立空间直角坐标系，设水下传感器网络处于长、宽、高分别为M、N、H的立方体区域中，立方体的上表面为水面区域，顶点依次为A、B、C、D，AB为长，BC为宽；以顶点A为原点、AB边所在的直线为x轴、AD边所在的直线为Y轴、与水面区域垂直且向上的方向为Z轴正向，建立空间直角坐标系；

b).建立移动锚节点，建立以位置（M/2，N/2，0）为出发点、按照公式（1）表达的等距螺旋线运动的移动锚节点：

    （1）

其中，K用于调整相邻等距螺旋线之间的间隔，t为移动角度，T为每次移动的时间间隔；

c).广播定位信息，移动锚节点沿着等距螺旋线移动，每隔一个时间周期T就发送一个包含自身当前坐标和序号的锚节点坐标信息；

d).锚节点坐标信息的接收，水下传感器节点接收移动锚节点发送的或其它传感器节点转发的锚节点坐标信息；

e).判断位置是否已确定，传感器节点判断自身的位置是否已确定，如果位置没有确定，则存储该锚节点坐标信息并将其转发，执行步骤f)；如果位置已确定，则对接收的锚节点坐标信息只做转发处理；

f).判断锚节点坐标信息的数目，传感器节点判断接收到的锚节点坐标信息的数量是否已达到4个，如果没有达到4个，则跳转至步骤d)；如果已达到4个，则执行步骤g)；

g).判断4个锚节点坐标是否共线，传感器节点判断接收到的4个锚节点坐标是否共线，如果共线，则将其中的一个锚节点坐标删除，跳转至步骤d)，以重新接收一个锚节点坐标信息；如果不共线，则执行步骤h)；

h).位置计算，传感器节点根据接收的4个不共线的锚节点位置坐标，采用微粒群优化算法计算出传感器节点的位置坐标，实现传感器节点的定位。

2.根据权利要求1所述的水下传感器网络的节点定位方法，其特征在于，设未定位的传感器节点接收到的4个锚节点的坐标的分别为、、、，步骤g)中判断4个锚节点坐标是否共线采用如下方法：

g-1).计算斜率，按照公式（2）分别计算出斜率、、的值：

      （2）

g-2).判断是否共线，判断、、是否满足至少有一个与其它两个不相同，如果满足，则4个锚节点不共线；如不满足，则4个锚节点共线。

3.根据权利要求1或2所述的水下传感器网络的节点定位方法，其特征在于，设未定位的传感器节点接收到的4个锚节点的坐标的分别为、、、，传感器节点距离4个锚节点的距离分别为、、、；步骤h)中所述的采用微粒群优化算法计算传感器节点的位置坐标的方法，通过以下步骤来实现：

h-1).产生微粒群，随机产生个微粒，设、=分别是第个微粒的当前位置与飞行速度，；

h-2).微粒下一位置坐标和速度的确定，当前微粒的位置和飞行速度分别为、=，则微粒在下一位置处的速度和坐标分别通过公式（3）和（4）来确定： 

            （3）

             （4）

其中，为惯性权重，、为常数，、随随机函数发生器；

h-3).建立微粒的适应度，通过公式（5）计算出第个微粒在坐标处的适应度：

    （5）

其中，

h-4).获取单个微粒的最优位置，每个微粒在按照步骤h-1)和h-2）表达的轨迹运动过程中，计算其在每个位置上所对应的适应度的大小，选取具有最小适应度的点作为该微粒的历史最优位置；

h-5).获取微粒群的全局最优位置，将步骤h-4)中获取的每个微粒的历史最优位置进行比较，选取使适应度最小的位置作为微粒群的历史最优位置；

h-6).判断适应度是否满足给定的阈值，判断步骤h-5)中获取的微粒群的历史最优位置所对应的适应度是否小于或等于给定的阈值，如果满足条件，则表明历史位置初步符合条件，执行步骤h-7)进行进一步判断；如果不满足条件，则执行步骤h-8)；

h-7).判断历史最优位置所在的区域，判断微粒群的历史最优位置的坐标是否满足不等式（6）限定的条件：

        （6）

如果满足，则表明微粒群的历史最优位置的坐标可作为传感器节点的坐标；如果不满足，执行步骤h-8)；

h-8).产生个新的微粒，重新进行最优位置的获取。