[發明專利]基于單移動信標的水下傳感器網絡節點定位方法

在審

• 申請號: 202210470037.5
• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN114827937A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 郭瑛;牛龍生;王景景;張瑞;劉鵬;徐敬祥;曹洪堂
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W4/02;H04B13/02
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 韓麗萍

1.一種基于單移動信標的水下傳感器網絡節點定位方法，其特征在于，所述定位方法包括以下步驟：

(1)將信標節點固定安裝于船舶，在M(i)位置分別向待定位的水下節點發送信息，水下節點接收到信息，并計算傳播過程中的傳播損失TL＝ps-pr (1)，其中，ps為信息發送初始能量，pr為接收到信息的能量；

根據水聲通信中的傳播損失TL＝n*10lgd+10lg a(f)*d*10^-3 (2)以及系數a(f)的經驗公式通過迭代法求解公式(1)至(3)，計算得到水下節點與信標節點之間的距離d；其中，n為常數，f為信息發送的頻率；

(2)設定水下節點所在位置A距離海平面的垂直距離為h_AB，B為垂足；信標節點從位置M1移動到M的距離為M1M＝V*T (4)，則其中V是信標節點移動速度，T是信標節點從位置M1移動到M的時間，M1A為水下節點與信標節點之間的距離d；

同樣的，利用信標節點的位置M2，M3，M4分別計算一個MB(i)的值，令k為收到的信息總數，通過加權平均計算可得其中，權值w根據實際情況選擇；

(3)設置信標節點的三維坐標為(x_M，y_M，z_M)，水下節點的三維坐標為(x_A，y_A，z_A)，設置信標節點運動的主要軌跡為L(i)，輔助軌跡垂直于主要軌跡；根據輔助軌跡的長度H進行判斷，滿足MB≤H的主要軌跡用于定位計算，水下節點的坐標通過公式計算。

2.根據權利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟(3)中，輔助軌跡的長度H應滿足：其中，R為信標節點的信息傳輸半徑，V為船舶移動速度，T為發送信息的時間間隔，h為部署區域深度，m為用于計算的信標節點數目。

3.根據權利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟(1)中，信標節點隨船舶沿軌跡勻速直線運行，每間隔時間T在位置M(i)分別發送一次信息(x,y,ps,f)；其中，i＝0，1，2，3…，(x,y)為坐標，ps為信息發送初始能量，f為信息發送的頻率。

4.根據權利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟(2)中，h_AB的大小由水下節點通過壓力傳感器計算得到。

5.根據權利要求1所述的定位方法，其特征在于，當水下節點處于靜止狀態時，接收到兩條主要軌跡，每條軌跡不少于m個信標信號后進行比較，采用信號強度比較高的主要軌跡上的信標信號進行定位計算；

當水下節點處于移動狀態時，采用與靜止狀態節點相同的方法消除誤解B1和B2后，選擇最后收到的主要軌跡的信標信息用于定位計算。

6.根據權利要求1所述的定位方法，其特征在于，當水下節點能收到3條主要軌跡的信標信息時，該節點為順向穿越節點，此時采用最后接收的主要軌跡的信標信息用于定位計算；當水下節點只接收到一條主要軌跡的信息時，該節點為逆向穿越節點，利用所接收到的主要軌跡的信標信息計算節點當前位置。