信标漂移情况下水下WSN节点三维定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106353719A(43)申请公布日2017.01.25(21)申请号201610706003.6(22)申请日2016.08.22(71)申请人中国矿业大学地址221116江苏省徐州市大学路1号(72)发明人陈朝晖胡青松李浩范榕丁鼎殷子(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人程化铭(51)Int.Cl.G01S5/02(2010.01)H04W64/00(2009.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称信标漂移情况下水下WSN节点三维定位方法(57)摘要本发明公开了一种信标漂移情况下水下WSN节点三维定位方法。对待定位盲节点覆盖度范围内的信标节点按照信标漂移后的可信度进行排序，取可信度前四位的信标节点分别为A、B、C、D。以可信度前三位的信标节点A、B、C结合DTOA测距结果，建立方程组，解算得到待定位盲节点的两组候选三维坐标。用信度第四的节点D三维坐标和测距结果建立判断条件，最终确定待定位盲节点的三维坐标。遍历全部待定位盲节点，完成水下WSN节点三维定位。本发明方法，定位结果可信度高，尤其适用于非理想静水环境中水下信标漂移情况下的WSN节点三维定位。CN106353719ACN106353719A权利要求书1/1页1.一种信标漂移情况下水下WSN节点三维定位方法，其步骤如下：步骤1：在水下监测区域内随机分布信标节点；步骤2：信标节点发生位置漂移的情况下，选定一个待定位盲节点X，确定在该选定待定位盲节点X覆盖范围内的全部信标节点；如果该选定待定位盲节点X覆盖范围内的全部信标节点个数≥4，则：按照现有技术公开的方法确定各个信标节点的可信度，进入步骤3；如果该选定待定位盲节点X覆盖范围内的全部信标节点个数＜4，则标记该选定待定位盲节点X无法定位，若该选定待定位盲节点X是水下监测区域内最后一个待定位盲节点，结束水下WSN节点三维定位；否则返回到步骤2；步骤3：将步骤2所确定的全部信标节点按照其可信度进行排序，取可信度最高的4个信标节点(A,B,C,D)，确定其三维坐标，分别记为A(xa,ya,za)、B(xb,yb,zb)、C(xc,yc,zc)、D(xd,yd,zd)；步骤4：采用DTOA测距方法，分别测定四个可信度最高的信标节点(A、B、C、D)到选定待定位盲节点X的距离Da，Db，Dc，Dd；步骤5：设选定待定位盲节点X的坐标(x,y,z)，建立方程组：解方程组，得到α、β两组解；步骤6：将α、β两组解分别带入下式，计算差值Δ：使得差值Δ较小的一组解为该选定待定位盲节点X的三维坐标；步骤7：重复步骤2至步骤6，直至遍历全部待定位盲节点。2.根据权利要求1所述信标漂移情况下水下WSN节点三维定位方法，其特征是：信标节点(A、B、C)为可信度最高的三个信标节点，信标节点D为可信度第四高的信标节点。2CN106353719A说明书1/4页信标漂移情况下水下WSN节点三维定位方法技术领域[0001]本发明涉及一种无线传感器网络节点定位方法，具体说是一种在分布有信标节点的非理想静水环境中,信标漂移情况下水下无线传感器网络(WSN)节点三维定位方法。背景技术[0002]随着开发海洋资源热潮的兴起和陆地无线传感器网络(wirelesssensornetwork，WSN)研究的迅速发展，水下无线传感器网络技术也开始飞速发展，并在环境监测、灾难预报、资源开发以及军事导航辅助等各个方面得到应用。在很多应用中，数据需要结合其地理位置信息才具有实际意义，且地理位置信息可以为网络层协议给予支持，因此水下定位技术成为一个亟待解决的重要问题。水下传感器网络定位具有如下特点：水下不能直接使用GPS；水下信道带宽低，通信开销大的协议不适用于水下；节点随水流的移动等。这给水下的节点定位带来了极大的困难与挑战。原有的陆地定位技术不能直接应用于水下定位，需要提出适用于水下定位特点的新的节点定位技术。[0003]现有的分布式基于估计的定位机制：[0004]大规模定位法(LSL)为一种静态水环境中的分布式分层定位机制。如图1所示，网络由三种节点组成：浮标节点，信标节点(锚节点)和未知节点。浮标节点通过GPS获取坐标，信标节点首先通过浮标节点定位自身坐标，然后周期发送自身坐标为未知节点定位。该方法采用了单程TOA测距来获取距离，是水下大规模WSN节点定位的基本方法。[0005]水下定位机制(UPS)利用4个信标节点发送信标信号给未知节点定位，并采用了TDOA方式来进行测距避免了时间同步，适用于静态水环境。如图2所示，由1个主信标节点(A)发起定位过程，信标节点B和未知节点接收到信号，B收到A信号后计算出A到B的延迟然后发送坐标信号，未知节点接收到B信号之后就可以