多信源海洋物联网节点定位算法研究

发布时间：2020-05-14 05:57

【摘要】：海洋与人类的生活息息相关,随着陆地资源的不断减少,海洋资源的开发成为了一个研究热点,并加快了海洋物联网的发展。其中,节点定位是一个关键技术,因为在海洋物联网中只有已知节点的位置,这些节点采集的信息才有意义。但是,独特的水下环境决定了陆地物联网定位算法无法直接应用到海洋物联网中。因此,对于海洋物联网节点定位算法的研究意义重大且刻不容缓。目前,大部分的水下定位算法都没有考虑海洋物联网多信源的特点以及待定位节点的移动性问题。在复杂的海洋环境中,节点多样化、无法精确部署且无时无刻不在受洋流潮汐的影响而发生移动。另外,水下声学通信是一个高度时变的系统,比空中的无线电信道复杂得多。这就加大了多信源海洋物联网节点定位的难度和误差,限制了海洋物联网定位技术的发展。本文主要针对以上问题提出了基于移动受限信标的定位算法(Mobility-constrained Beacon based Localization Algorithm,简称MCB)、基于能量感知的定位算法(Energy-aware Localization Algorithm,简称ELA)、受限浮动水下节点定位算法(Restricted Floating Localization,简称RFL)。MCB包括二维定位算法(Mobility-constrained Beacon based Localization Algorithm in 2D,MCB-2D)和三维定位算法(Mobility-constrained Beacon based Localization Algorithm in 3D,MCB-3D)。MCB-2D和MCB-3D算法无需知道信标节点的确切位置,只需知道锚的位置和信标节点的移动范围便可利用节点间的几何关系对未知节点进行定位,从而解决了信标节点因洋流的作用发生移动无法精确定位的问题。ELA算法将具有准确位置信息的船舶作为信标,解决信标部署问题,并根据能量传播衰减和节点距离之间的关系,将水下节点的移动规律引入计算,来解决节点之间信号传输的不稳定而产生的精确性问题。RFL算法是利用船舶作为信标节点进行辅助定位,减少了资源的消耗,降低了成本。以上算法都是根据多信源海洋物联网的特点,将信标节点的多样性应用到定位算法中,解决了海洋物联网中节点无法精确部署以及移动的问题,并简化了计算过程、提高了算法的可行性。我们用MATLAB软件对上述算法进行了仿真,仿真结果证明:本文提出的三种定位算法在很大程度上提高了节点定位的精度,减少了网络定位的误差率,且在海洋物联网中具有很好的实用性。
【图文】：

示意图,示意图,定位算法,到达信号

算法联网定位算法最终要得到的就是已知位置的度，再选用特定的定位算法进行计算，因此，，四种方案做一下介绍：基于信号的到达信号之间的到达时间差 TDOA(Time Different 角度 AOA(Angle of Arrival)[49]、信号的接收dicator)[50]四种方案。案如图 2-1 所示，是在全网时间同步的基础上点接收到信号的时间差值来计算的。假设节点到信号是 t2，水声的传播速度是 v，采用：S v （ t1-t2）点之间的距离 S。

示意图,示意图,时间同步,研究生学位论文

青岛科技大学研究生学位论文环境中时间同步非常困难，因此 TDOA 测距方案是 2-2 所示。TDOA 不需时间同步，只需根据信号之间有水声信号和无线电波信号收发器，节点在某一时间另外一个节点在时间 t1 收到一种速率的信号，在时两种信号的速率分别为 v1 和 v2，v1>v2。v1-v2v1v2t2-t1S（）
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.44;TN929.5;P756.6

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