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专利号: 2019111849749
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有隐私保护的水下传感器定位方法,其特征在于:包括以下步骤:

S1、部署多个锚节点、水面浮标和目标传感器节点,所述锚节点基于水面浮标确定其真实位置;

S2、目标传感器节点与各锚节点信息交互,基于信息传递的时间消除异步时钟的影响;

S3、各锚节点随机生成若干矩阵,其中一个留给此锚节点,其他矩阵发送给其余的锚节点,同时接收其他锚节点生成的随机矩阵,将锚节点的真实位置与它接收到的随机矩阵和自身保留的随机矩阵求和作为伪位置;

S4、基于各锚节点与目标传感器节点之间的传输路径及所述伪位置计算目标传感器节点的真实坐标,实现对目标传感器节点的定位。

2.根据权利要求1所述的具有隐私保护的水下传感器定位方法,其特征在于:所述步骤

1具体包括:在监测水域,随机部署多个水面浮标、n个锚节点以及1个目标传感器节点(n≥

3),所述水面浮标利用GPS进行定位,锚节点通过水面浮标获取自身位置;水下传感器节点间通过水声通信方式进行信息交互,组成水下传感器网络;锚节点的真实坐标为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)…(Xn,Yn,Zn),其中,Xi、Yi和Zi(i∈1,2…n)分别为X轴、Y轴以及Z轴的位置,通过设置在每个传感器节点上的深度传感器得到其Z轴位置。

3.根据权利要求2所述的具有隐私保护的水下传感器定位方法,其特征在于:所述步骤

2具体包括:目标传感器节点对外广播启动信号启动整个网络,锚节点接收到目标传感器节点的启动信号后,向目标传感器节点回复应答信号;锚节点i与目标传感器节点之间的传输路径在水平面的投影距离为yri(i∈1,2…n),投影与X轴的夹角为θi;水下传感器网络被启动后,锚节点i向目标传感器节点发送第一信息,此时记录为T1[k](k∈{1,2,…,M})时刻;

目标传感器节点接收到消息记录为t2[k]时刻;随后目标传感器节点在t3[k]时刻回复第二信息;T4[k]时刻,锚节点i接收到目标传感器节点回复的消息;通过如下时钟模型消除异步时钟的影响: 其中τ1[k]为第k轮信息交互中目标传感器节点与锚节点之间的传播时延;根据以上通信过程消除时钟偏移;其中,M为一个锚节点与目标传感器节点通信的次数。

4.根据权利要求3所述的具有隐私保护的水下传感器定位方法,其特征在于:锚节点数量为3时,即n=3时,所述步骤3中,锚节点i(i∈{1,2,3})随机生成3个矩阵δi,j(j∈{1,2,

3}),使得 其中δi,i留给锚节点i,剩下的2个随机矩阵发送给其余的2个锚节点,同样的,锚节点i也会接收到来自其它2个锚节点生成的随机矩阵,锚节点的真实位置加上它接收到的随机矩阵和自身保留的随机矩阵作为它的位置使用,即所述伪位置;所述伪位置能够在锚节点运算过程中,既不影响定位结果的精度,又不会泄露锚节点的位置信息,实现对传感器节点位置信息的保护。

5.根据权利要求4所述的具有隐私保护的水下传感器定位方法,其特征在于:所述目标传感器节点X轴方向隐私保护算法通过以下方程表示:上式中Xjj(j∈1,2,3)为锚节点j计算出的目标传感器节点的X轴坐标伪位置;

目标传感器节点的X轴坐标为:X=(X11+X22+X33)/3;

Y轴方向隐私保护算法可以用以下方程表示:

上式中Yjj(j∈1,2,3)为锚节点j计算出的目标传感器节点的Y轴坐标伪位置;

目标传感器节点的Y轴坐标为:Y=(Y11+Y22+Y33)/3。

6.根据权利要求3所述的具有隐私保护的水下传感器定位方法,其特征在于:在步骤3中,为解决水下声波信号传播时延出现时钟不同步的情况,基于如下模型进行求解:式中,k∈{1,2,…,M},M为一个锚节点与目标传感器节点通信的次数。

7.根据权利要求3或6所述的具有隐私保护的水下传感器定位方法,其特征在于:通信过程中,考虑水下声线弯曲效应,利用计算得到的传播时延求解目标传感器节点与锚节点之间的相对距离;考虑水下的分层效应构建声速随深度Z变化的模型,以提高水下传感器定位精度。