利索能及
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专利号: 2022106429975
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:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向海洋的水下节点迭代定位方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤S1,在目标海域随机部署3个以上的水面节点以及多个水下节点,所有节点组成一个水下网络;

步骤S2,每个节点测量自身深度以及感知周围邻居节点,并将信息汇聚到水面中心;

步骤S3,根据步骤S2获取的信息,水面中心制定水下节点的定位顺序列表以及确定水下节点的定位发射功率;

步骤S4,水下节点根据存储的定位信息依次进行定位,定位时通过已定位的邻居节点的剩余能量比率、辅助定位信息可信度以及信息传输概率确定3个已定位的邻居节点进行辅助定位;

步骤S5,水下节点同选定的邻居节点通信,获取邻居节点位置与信息接发时间间隔信息,利用传播时长计算节点间距离以及节点位置,然后通知定位信息中的后一定位节点开始定位;

步骤S6,重复步骤S4与步骤S5的操作,直至所有标有定位序号的水下节点完成定位,整个水下网络的节点定位完成。

2.根据权利要求1所述的一种面向海洋的水下节点迭代定位方法,其特征在于:步骤S1中,所述水面节点通过全球定位系统能够获知精确的位置信息,并能够适当移动;水下节点只能通过其他已知位置的节点辅助定位,均是未知节点;所述水下节点中部分水下节点能与3个或3个以上的水面节点通信。

3.根据权利要求1所述的一种面向海洋的水下节点迭代定位方法,其特征在于,步骤S2中,每个节点均自带压力传感器以及水声通信系统,通过压力传感器获取节点所处深度,利用水声通信获取定位所需的相关信息。

4.根据权利要求1所述的一种面向海洋的水下节点迭代定位方法,其特征在于:步骤S3中,节点均具有两种发射功率,分别是通信半径为r的Wr发射功率与通信半径为3r的W3r发射功率,水面中心获取的邻接矩阵信息是节点居于发射功率为Wr获取的,确定的定位顺序列表以及对应的定位发射功率会再传输回各水下节点;所述定位顺序列表中含有多条不相交的定位路径,1条定位路径包含1条主路径与数条支路路径,并且是根据根节点数量确定定位顺序列表中主路径的数量。

5.根据权利要求4所述的一种面向海洋的水下节点迭代定位方法,其特征在于:所述根节点是指在定位初始时,节点一跳范围内有3个或3个以上的水面节点的水下节点。

6.根据权利要求5所述的一种面向海洋的水下节点迭代定位方法,其特征在于:所述定位路径在根节点之后的节点选择需要根据水下节点的贡献度值Gi的大小以及节点深度确认:其中,Si为未知节点一跳范围内的水面节点数量; 为未知节点一跳范围内的已排序的节点数量;N为网络含有的水下节点总数;Pj为已排序节点的顺序值。

7.根据权利要求1所述的一种面向海洋的水下节点迭代定位方法,其特征在于:步骤S4中,所述水下节点接收到定位顺序列表后,会将由节点自身定位序号、节点所在路径最大定位序号、发射功率、前一定位节点ID以及后一定位节点ID构成的节点定位信息存储;水下节点按照各自存储的定位信息定位时,以定位信息中的发射功率寻找已定位节点,能够找到3个或3个以上的已定位节点。

8.根据权利要求1所述的一种面向海洋的水下节点迭代定位方法,其特征在于:步骤S4中,定位辅助节点的选择是由剩余能量比率、辅助定位信息可信度以及信息传输概率构成的选择置信度大小决定的,所述的辅助定位信息可信度是指已定位的邻居节点所能提供的辅助定位信息的精确度;所述的信息传输概率由水声信号的误码率以及数据包大小决定:其中,AIj为已定位节点j的辅助信息可信度,Omax为已定位邻居节点j所在路径的最大定位序号,Oj为已定位邻居节点j的定位序号。

9.根据权利要求1所述的一种面向海洋的水下节点迭代定位方法,其特征在于:步骤S5中,水下节点同选定的邻居节点通信具有特定的定位请求信息格式以及反馈信息格式要求,定位请求信息包括信息的类型、请求者ID以及接收者ID,而接收者需要反馈的信息包括信息的类型、发送者ID、接收者ID、发送者位置坐标以及发送者接到定位请求到发出反馈信息的这段时间间隔,同时这些信息数据包都有固定的大小;节点发送信息时,硬件设备需过渡时间,存在一定传输延迟,因此两节点间的传播时长是根据节点接发信息时间差以及传输延迟计算得到的;同时,根据传播时长构建权值矩阵,将其应用至节点定位计算中,进一步保证节点定位精度;所述两节点间的传播时长为:其中,Tτ两节点间的传播时长;t4‑t1为未知节点的接发时间差;(t3‑t2)为已定位的邻居节点的信息接发时间差;tr(1),tr(2)分别为未知节点与邻居节点的传输延迟。

10.根据权利要求1所述的一种面向海洋的水下节点迭代定位方法,其特征在于:步骤S6中,水下节点对自身存储的定位信息进行分析,当前一定位节点ID项为空时,自行开始定位工作,定位完成后通过查验后一定位节点ID项通知后一定位节点开始定位,而当自身定位完成后查验后一定位节点ID项为空时,则代表此条路径的节点定位完成,并向水面中心传递此路径定位完成信号,水面中心收到所有路径的定位完成信号,则表示整个水下网络的节点定位完成;水下节点定位完成,通知定位信息中的后一定位节点开始定位后,会进入休眠状态,而其他未顺序执行到的水下节点也都处于休眠状态,不主动发送任何信息,除非有自身存储的定位信息中的前一定位节点的定位唤醒或是其他的正在定位的节点的定位请求,才会处于活动状态。