[发明专利]一种水下声传感器网络节点定位方法

摘要

一种水下声传感器网络节点定位方法，基于到达时间测量和区域估计技术，首先应用two‑way TOA技术，通过位置已知的锚节点广播定位信号，接收待测节点反馈的信号并记录发送和接收时间的时间差。再根据W.D.Wilson经验公式以及相关合理假设，计算锚节点和待测节点距离。然后根据距离和锚节点位置计算待测节点的可能位置的坐标集，并从坐标集筛选出可能性较大的有限个点，最后根据有限个点估计出待测节点的位置坐标。与经典ALS定位算法相比，以提升4％能耗的代价，减少了节点位置50％的偏移量，使得定位更加精确。此外，本算法能够应用于不同规模的水下声传感器网络，具有良好的通用性。

主权项

1.一种水下声传感器网络节点定位方法，其特征在于：基于到达时间测量和区域估计技术,设定在水下声传感器网络中有需要确定位置的节点为待测节点NodeC，在水下声传感器网络中加入位置已知、用于辅助定位的锚节点AnNodei，i∈N∩1≤i≤n，应用双路到达时间技术，通过锚节点以声信号广播定位请求，为了与传输请求进行区分，此定位请求替换首部的功能字段，使得待测节点NodeC能够识别出这是定位请求，待测节点NodeC在接收到定位请求以声信号进行响应，锚节点接收响应并记录发出定位请求的时间trequest和接收响应的时间tresponse的时间差tminus＝tresponse‑trequest，根据W.D.Wilson经验公式和浅海水温和盐度受水深影响忽略不计的假设，结合浅海水环境的特性，计算浅海信号传输距离s和信号传输时间t的关系函数s(t)，再根据关系函数是s(t)和待测节点发送到多个锚节点的时间差，计算所有锚节点和待测节点NodeC的距离sdistance，根据sdistance和对应锚节点的位置LocAnNodei计算出待测节点NodeC的可能位置的坐标集合{LocNodeCi,i∈N∩1≤i≤n}，并应用区域估计定位技术的算法，从坐标点集合筛选成可能性较大、数量有限的点集，根据该有限点集估计出待测节点NodeC的位置坐标LocNodeC；上述应用区域估计定位技术的算法，从坐标点集合筛选成可能性较大、数量有限的点集的方法，包括以下步骤：(1)待测节点NodeC可能位置集合的构造：以每个锚节点AnNodei的自身位置为球心，绘制半径为sdistancei的球面状的点集作为待测节点NodeC的可能位置集合Ci；(2)待测节点NodeC可能位置筛选：第一次筛选，判断任意两个球面状的点集的位置关系，若相交或相切，则选取相交的圆或者相切的点的坐标集作为待测节点NodeC的可能位置集合；若相离，则选取两个锚节点的连线作为基准线，将两个球面状的点集与基准线的交点的集合作为发送节点的可能位置集合，经过第一次筛选后，每两个锚节点对应的待测节点NodeC可能位置集合Cij中元素的个数存在只可能为1个，即球面状的点集的位置关系相切,或者2个，即球面状的点集的位置关系相离，或者无穷多个，即球面状的点集的位置关系相交三种情况，针对第三种情况，即元素的个数为无穷多的圆形状的点集进行第二次筛选：判断任意两个圆形状的点集的位置关系，若相交或相切，选取相交或相切部分的点的坐标作为可能位置集合；若相离，选取两圆心连线为基准线，选取两个圆集上到基准线距离最近的点的坐标为可能位置集合；经过上述两次筛选后，保证可能位置集合的元素都为有限个；(3)待测节点NodeC的位置估计：将经过2次筛选过后的集合归并为一个集合，求出集合中所有点的坐标的期望作为期望点，选取到期望点距离最近的一个点的坐标作为待测节点NodeC的位置。