水下GPS定位技术研究

论文摘要

水下GPS定位系统综合了浮标网络技术、水声定位技术以及GPS卫星定位技术,可有效地为大海域水下目标进行定位和跟踪。与之相应的水下GPS定位技术处于当前水下定位技术发展的前沿,在商业和军事领域均具有广泛的应用前景与巨大的应用价值。论文选择水下GPS定位技术进行研究,对人类全面深入地认识、开发利用和保护海洋,具有重大的战略意义。论文提出了基于无线传感器网络的浮标网络水下GPS定位系统模型,分析了该模型的结构、功能以及工作过程,并从几何角度探讨了水下目标的声学定位算法。结合Range-Free算法与分布式算法的思想,设计了一种传感器节点自定位算法,称为BSR（Beacons Signal Ring）定位算法,并对该算法的性能进行了评估与比较。该算法在锚节点处的信标信号中引入能量等级的机制,无需相邻传感器节点间信息交换,有效降低了算法复杂度与通信开销。性能分析结果显示,该算法性能良好,在应用环境下相比于APIT算法与质心算法具有更低的位置估计误差。论文还研究了基于双元检测传感器的协作式的目标跟踪策略,对相应的跟踪过程进行了描述。提出了使用加权质心算法的目标位置估计模型,以及线性预测机制,使跟踪过程具有较小的计算和通信代价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 水下GPS定位技术现状
• 1.3 论文主要内容及安排
• 第二章 声学定位与GPS定位
• 2.1 水下声学定位
• 2.2 全球定位系统
• 2.2.1 GPS系统构成
• 2.2.2 GPS定位原理
• 2.2.3 GPS定位误差
• 第三章 水下GPS定位技术
• 3.1 GPS水下应用
• 3.2 水下GPS定位模型
• 3.2.1 单浮标水下GPS相对定位模型
• 3.2.2 浮标网络水下GPS长基线定位模型
• 3.3 水下GPS定位算法
• 3.3.1 水下目标定位算法
• 3.3.2 定位算法的线性化处理
• 第四章 定位系统探讨与定位算法研究
• 4.1 定位系统探讨
• 4.1.1 无线传感器网络WSN
• 4.1.2 基于WSN的水下GPS定位模型
• 4.2 WSN节点定位
• 4.2.1 节点定位与目标定位
• 4.2.2 节点自身定位
• 4.2.3 自定位算法性能
• 4.2.4 自定位算法分类
• 4.3 Range-Free算法研究
• 4.3.1 质心算法
• 4.3.2 DV-hop算法
• 4.3.3 Amorphous算法
• 4.3.4 APIT算法
• 4.3.5 算法性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 节点定位算法设计
• 5.1 节点定位算法设计
• 5.1.1 算法相关设定
• 5.1.2 DA-BSR算法与DW-BSR算法
• 5.1.3 BSR定位算法
• 5.1.4 定位算法分析
• 5.2 定位算法性能评估
• 5.2.1 DA-BSR与DW-BSR算法的性能评估
• 5.2.2 BSR算法APIT算法与质心算法比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 WSN目标跟踪机制
• 6.1 WSN目标跟踪
• 6.1.1 目标跟踪系统
• 6.1.2 WSN目标跟踪
• 6.1.3 目标跟踪策略
• 6.2 目标跟踪机制
• 6.2.1 目标跟踪模型
• 6.2.2 目标跟踪过程
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果