多信源海洋物联网节点定位算法研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 论文研究的意义
•   1.3 国内外的研究现状
•     1.3.1 海洋物联网的研究现状
•     1.3.2 多信源海洋物联网定位的研究现状
•   1.4 论文的主要研究内容和章节安排
• 2 海洋物联网节点定位的相关技术
•   2.1 节点定位概述
•     2.1.1 多信源海洋物联网的定位术语
•     2.1.2 多信源海洋物联网的研究热点
•   2.2 典型的测距算法
•   2.3 海洋物联网定位算法分类
•   2.4 本章小结
• 3 基于移动受限信标的定位算法设计
•   3.1 基于受限信标的海洋物联网模型
•   3.2 算法的设计
•     3.2.1 二维定位算法
•     3.2.2 三维定位算法
•   3.3 仿真结果
•     3.3.1 二维算法仿真实验
•     3.3.2 三维算法仿真实验
•   3.4 本章小结
• 4 基于能量感知的定位算法设计
•   4.1 能量感知的算法设计
•   4.2 能量感知定位算法的模型
•   4.3 算法设计
•   4.4 仿真结果
•   4.5 本章小结
• 5 受限浮动水下节点定位算法设计
•   5.1 算法的模型
•   5.2 算法的设计
•   5.3 算法仿真实验
•   5.4 本章小结
• 6 总结和展望
•   6.1 论文总结
•     6.1.1 本文工作总结
•     6.1.2 本文的创新点
•   6.2 研究展望
•   6.3 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩清荷

导师: 郭瑛

关键词: 海洋物联网,信标节点,能量感知,移动受限,多信源节点定位

来源: 青岛科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 海洋学,电信技术,计算机软件及计算机应用

单位: 青岛科技大学

分类号: TP391.44;TN929.5;P756.6

总页数: 73

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