一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，包括步驟：將若干節(jié)點組合部署于海洋中，其中，每一所述節(jié)點組合都包括漂浮在水面的水面節(jié)點和與所述水面節(jié)點連接的部署并固定于海底的海底節(jié)點，部分水面節(jié)點配備GPS定位裝置；配備GPS定位裝置的水面節(jié)點獲取在不同時間的位置信息并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點；所述相連接的海底節(jié)點根據(jù)接收到的水面節(jié)點在不同時間的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)了與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位。本發(fā)明算法成本低，定位效率高。
【專利說明】
一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋無線傳感器技術(shù)，尤其涉及一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)是將大量具有感知能力、通信能力和自組網(wǎng)能力的無線傳感器節(jié)點(簡稱為節(jié)點，全文提到的節(jié)點皆為無線傳感器節(jié)點)組成的一種Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，由于這種網(wǎng)絡(luò)具有適應(yīng)能力強、易于部署、易于管理，具有小尺度近距離監(jiān)測所部署環(huán)境的能力，能夠獲得我們需要的監(jiān)測信息，可以應(yīng)用到軍事、環(huán)境監(jiān)測與保護、物體追蹤、醫(yī)療保健、社區(qū)安保、智能交通、智慧城市等領(lǐng)域，因此得到了飛速發(fā)展。
[0003]隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可以部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)到復(fù)雜可變的海洋環(huán)境中，實現(xiàn)海洋的實時監(jiān)測。海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般包括部署在海面上的網(wǎng)絡(luò)部分和部署在水下的網(wǎng)絡(luò)部分，即水面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。水面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用無線電波進行通信和組網(wǎng)，可用來監(jiān)測風(fēng)向、波高、潮汐、水溫、光照、水質(zhì)污染等與海洋相關(guān)的信息，另外還負責(zé)與水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸?shù)?。水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目前主要利用水聲實現(xiàn)通信和組網(wǎng)，與陸地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)相比，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點:通信信道具有高時延、時延動態(tài)變化、高衰減、高誤碼率、多徑效應(yīng)、多普勒頻散嚴重、信道高度動態(tài)變化以及低帶寬等特點，被認為是迄今難度最大的無線通信信道。
[0004]海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)的實時采集處理，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境監(jiān)測、結(jié)構(gòu)檢測、軍事監(jiān)視、災(zāi)難避免等應(yīng)用。而對于這些應(yīng)用來說，定位是其中至關(guān)重要的一部分。比如，環(huán)境監(jiān)測需要知道污染發(fā)生的位置信息，而水下生物跟蹤和水下安全闖入監(jiān)測需要知道事件發(fā)生的位置信息。此外，利用節(jié)點的位置信息可以實現(xiàn)節(jié)能路由控制等等。
[0005]盡管陸地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位問題得到了廣泛的研究，提出了許多有效的定位算法，但是由于海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有獨特的特點，已有的陸地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)并不能直接應(yīng)用到海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)中，在定位的實現(xiàn)中會遇到很多新的問題。例如，在水下環(huán)境中錨節(jié)點很難精確部署。為了實現(xiàn)水下定位，定位機制通常需要在水下部署錨節(jié)點(即已經(jīng)知道自己位置的節(jié)點)，它們分布的精確度將直接影響節(jié)點定位的精確度。但是，對于水下環(huán)境，尤其對于深海環(huán)境來說，將錨節(jié)點精確部署在海底是很困難的事情。錨節(jié)點的這種位置不確定性，對那些依賴水下錨節(jié)點的定位算法造成了影響。再如，當節(jié)點部署到海面上時，一般需要將節(jié)點部署到浮標上，因而這些節(jié)點就會隨著海浪的波動而隨機波動，而這些隨機波動使得那些適用于定位陸地節(jié)點的方法不能有效地在海面上得以應(yīng)用。因此，根據(jù)所部署的海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點，研究簡單可行的定位算法，對于海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用具有重要意義，是目前該領(lǐng)域的一個重要研究方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高效率海洋定位方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，包括步驟:
[0008]將若干節(jié)點組合部署于海洋中，其中，每一所述節(jié)點組合都包括漂浮在水面的水面節(jié)點和與所述水面節(jié)點連接的部署并固定于海底的海底節(jié)點，部分水面節(jié)點配備GPS定位裝置；
[0009]配備GPS定位裝置的水面節(jié)點獲取在不同時間的位置信息并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點；
[0010]所述相連接的海底節(jié)點根據(jù)接收到的水面節(jié)點在不同時間的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位。
[0011]進一步的，所述實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位之后還包括步驟:
[0012]與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的已定位的海底節(jié)點將自身位置信息發(fā)送至相鄰的未定位的海底節(jié)點；
[0013]未定位的海底節(jié)點根據(jù)接收到的相鄰海底節(jié)點的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)所有海底節(jié)點的定位。
[0014]進一步的，所述實現(xiàn)所有海底節(jié)點的定位之后還包括步驟:
[0015]當未配備GPS定位裝置的水面節(jié)點需要定位即時位置時，獲取與其相連接的海底節(jié)點的位置信息和相鄰海底節(jié)點的位置信息；
[0016]待定位的水面節(jié)點根據(jù)接收到的與其相連接的海底節(jié)點的位置信息和相鄰海底節(jié)點的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)未配備GPS定位裝置的水面節(jié)點的即時定位。
[0017]本發(fā)明將若干節(jié)點組合部署于海洋中，其中，每一所述節(jié)點組合都包括漂浮在水面的水面節(jié)點和與所述水面節(jié)點連接的部署并固定于海底的海底節(jié)點，部分水面節(jié)點配備GPS定位裝置；配備GPS定位裝置的水面節(jié)點獲取在不同時間的位置信息并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點；所述相連接的海底節(jié)點根據(jù)接收到的水面節(jié)點在不同時間的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)了與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位。本發(fā)明算法成本低，定位效率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是本發(fā)明提供的一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的第一實施例的流程示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明節(jié)點組合的的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是節(jié)點組合部署后，受潮汐等影響水面漂浮節(jié)點在長時間內(nèi)浮游位置示意圖；
[0022]圖4是顯示了節(jié)點組合部署到海洋后形成海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)后的示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明提供的一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的第二實施例的流程示意圖；
[0024]圖6是配備GPS定位裝置的水面節(jié)點在某一時間的位置示意圖；
[0025]圖7是兩個配備GPS定位裝置的水面節(jié)點的位置示意圖；
[0026]圖8是四個海底節(jié)點的位置示意圖；
[0027]圖9是是本發(fā)明提供的一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的第三實施例的流程示意圖；
[0028]圖10是兩個節(jié)點組合的位置示意圖。

【具體實施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030]圖1是本發(fā)明提供的一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的第一實施例的流程示意圖，如圖1所示，該方法包括步驟:
[0031]S11、將若干節(jié)點組合部署于海洋中，其中，每一所述節(jié)點組合都包括漂浮在水面的水面節(jié)點和與所述水面節(jié)點連接的部署并固定于海底的海底節(jié)點，部分水面節(jié)點配備GPS定位裝置。
[0032]參考圖2，其中，所述水面節(jié)點為雙頭節(jié)點，所述雙頭節(jié)點的上端用于采用無線電方式與其他雙頭節(jié)點交互，所述雙頭節(jié)點的下端用于采用水聲與海底節(jié)點交互。水面節(jié)點和海底節(jié)點可以通過纜繩連接，以使水面節(jié)點在可控范圍隨海浪漂移。部分水面節(jié)點配備GPS定位裝置，用以定位自身位置，一般情況下，配備GPS定位裝置的水面節(jié)點和相連接的海底節(jié)點配備大容量供電電池，因為配備GPS定位裝置的水面節(jié)點和相連接的海底節(jié)點通信距離大，定位的過程需要依靠配備GPS定位裝置的水面節(jié)點先GPS定位，與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點連接的海底節(jié)點再根據(jù)水面節(jié)點位置實現(xiàn)自己的定位，因此，耗能大?？蛇x的，配備GPS定位裝置的水面節(jié)點和相連接的海底節(jié)點配備太陽能電池裝置也是一種選項，這取決于成本和部署監(jiān)測時間等因素。
[0033]圖3顯示了水面節(jié)點部署后，受潮汐等影響水面漂浮節(jié)點在長時間內(nèi)浮游位置示意圖。需要說明的是，不同地方的潮高會有所不同，這會影響水面漂浮節(jié)點的實際漂浮位置。同樣，水面節(jié)點浮游位置與纜繩長度余量有關(guān)系。例如中所述，當漲潮時，水深h變大，但是水面節(jié)點可以活動的區(qū)域的半徑r會變小。
[0034]圖4顯示了節(jié)點組合部署到海洋后形成海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)后的示意圖。由于該網(wǎng)絡(luò)的部署可以是人工船舶或者飛機撒播方式，但如同其它的網(wǎng)絡(luò)部署一樣，網(wǎng)絡(luò)的部署會影響到網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和工作情況。擁有一定的部署密度，將保證在固定的節(jié)點通信距離的情況下，能夠可靠組網(wǎng)，當然這不是本發(fā)明定位算法所獨特要求的，可靠組網(wǎng)是保證海洋監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可靠工作的前提條件，而目前關(guān)于可靠組網(wǎng)已經(jīng)有很多研究，本發(fā)明不再贅述。
[0035]S12、配備GPS定位裝置的水面節(jié)點獲取在不同時間的位置信息并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點。
[0036]其中，配備GPS定位裝置的水面節(jié)點通過GPS裝置定位，并把在不同時間的位置信息并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點。
[0037]S13、所述相連接的海底節(jié)點根據(jù)接收到的水面節(jié)點在不同時間的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位。
[0038]本發(fā)明實施例將若干節(jié)點組合部署于海洋中，其中，每一所述節(jié)點組合都包括漂浮在水面的水面節(jié)點和與所述水面節(jié)點連接的部署并固定于海底的海底節(jié)點，部分水面節(jié)點配備GPS定位裝置；配備GPS定位裝置的水面節(jié)點獲取在不同時間的位置信息并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點；所述相連接的海底節(jié)點根據(jù)接收到的水面節(jié)點在不同時間的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位。本發(fā)明實施例算法成本低，定位效率高。
[0039]圖5是本發(fā)明提供的一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法的第二實施例的流程示意圖，如圖5所示，該方法包括步驟:
[0040]S21、將若干節(jié)點組合部署于海洋中，其中，每一所述節(jié)點組合都包括漂浮在水面的水面節(jié)點和與所述水面節(jié)點連接的部署并固定于海底的海底節(jié)點，部分水面節(jié)點配備GPS定位裝置。
[0041]具體部署參考圖2，其中，所述水面節(jié)點為雙頭節(jié)點，所述雙頭節(jié)點的上端用于采用無線電方式與其他雙頭節(jié)點交互，所述雙頭節(jié)點的下端用于采用水聲與海底節(jié)點交互。水面節(jié)點和海底節(jié)點可以通過纜繩連接，以使水面節(jié)點在可控范圍隨海浪漂移。部分水面節(jié)點配備GPS定位裝置，用以定位自身位置，一般情況下，配備GPS定位裝置的水面節(jié)點和相連接的海底節(jié)點配備大容量供電電池，因為配備GPS定位裝置的水面節(jié)點和相連接的海底節(jié)點通信距離大，定位的過程需要依靠配備GPS定位裝置的水面節(jié)點先GPS定位，與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點連接的海底節(jié)點再根據(jù)水面節(jié)點位置實現(xiàn)自己的定位，因此，耗能大?？蛇x的，配備GPS定位裝置的水面節(jié)點和相連接的海底節(jié)點配備太陽能電池裝置也是一種選項，這取決于成本和部署監(jiān)測時間等因素。
[0042]圖3顯示了水面節(jié)點部署后，受潮汐等影響水面漂浮節(jié)點在長時間內(nèi)浮游位置示意圖。需要說明的是，不同地方的潮高會有所不同，這會影響水面漂浮節(jié)點的實際漂浮位置。同樣，水面節(jié)點浮游位置與纜繩長度余量有關(guān)系。例如中所述，當漲潮時，水深h變大，但是水面節(jié)點可以活動的區(qū)域的半徑r會變小。
[0043]圖4顯示了節(jié)點組合部署到海洋后形成海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)后的示意圖。由于該網(wǎng)絡(luò)的部署可以是人工船舶或者飛機撒播方式，但如同其它的網(wǎng)絡(luò)部署一樣，網(wǎng)絡(luò)的部署會影響到網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和工作情況。擁有一定的部署密度，將保證在固定的節(jié)點通信距離的情況下，能夠可靠組網(wǎng)，當然這不是本發(fā)明定位算法所獨特要求的，可靠組網(wǎng)是保證海洋監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可靠工作的前提條件，而目前關(guān)于可靠組網(wǎng)已經(jīng)有很多研究，本發(fā)明不再贅述。
[0044]S22、配備GPS定位裝置的水面節(jié)點獲取在不同時間的位置信息并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點。其具體包括以下的步驟:
[0045]S221、所述配備GPS定位裝置的水面節(jié)點采用GPS定位裝置獲取一次位置坐標并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點。
[0046]例如，如圖6所示，假設(shè)配備GPS定位裝置的水面節(jié)點為節(jié)點A，與其相連接的海底節(jié)點為節(jié)點M，其中節(jié)點A的坐標設(shè)為(Xi，Yi)，節(jié)點A采用GPS定位裝置獲取一次位置坐標即U1, Y1)并發(fā)送至節(jié)點M，最終需要得到節(jié)點M的坐標(xm，ym)。
[0047]S222、當所述配備GPS定位裝置的水面節(jié)點隨海浪漂浮至距離上一次發(fā)送位置坐標時的位置達到預(yù)設(shè)閾值時，采用GPS定位裝置獲取當前位置坐標并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點。
[0048]例如，如圖6所示，經(jīng)過一段時間，節(jié)點A隨海流、潮汐、風(fēng)等因素產(chǎn)生漂移，移動到新的位置。當新位置距離上一次發(fā)送位置坐標(U1)時的位置達到預(yù)設(shè)閾值R時，采用GPS定位裝置獲取當前位置坐標即(x2，y2)并發(fā)送至節(jié)點Μ。
[0049]需要說明的是，為了保證定位精度，對于兩個位置坐標的發(fā)送間隔，可以預(yù)定一個預(yù)值R，尺=扣2 -X1)2 + (y2-J1)2，R為兩個發(fā)送位置的距離。為了滿足R，在節(jié)點漂移速度較慢的情況下，海底節(jié)點的定位需要更長的時間，但根據(jù)實際部署海面節(jié)點情況觀察，節(jié)點總是在一定時間內(nèi)漂浮移動的，因此對定位算法的實現(xiàn)影響不大。
[0050]S23、所述相連接的海底節(jié)點根據(jù)接收到的水面節(jié)點在不同時間的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位。其具體包括以下的步驟:
[0051]S231、所述相連接的海底節(jié)點根據(jù)配置的壓力傳感器獲得其每次發(fā)送位置坐標時的水深。
[0052]例如，如圖6所示，水深設(shè)為hi;那么節(jié)點M在第一次發(fā)送位置坐標(Xl，yi)的根據(jù)配置的壓力傳感器獲得水深為4，那么節(jié)點M在第二次發(fā)送位置坐標(x2，y2)根據(jù)配置的壓力傳感器獲得的水深為h2。
[0053]S232、根據(jù)所述配備GPS定位裝置的水面節(jié)點的位置坐標發(fā)送時間和所述相連接的海底節(jié)點位置坐標接收時間之差以及聲波在水下的傳播速度計算得到所述配備GPS定位裝置的水面節(jié)點和相連接的海底節(jié)點在每次發(fā)送位置坐標時之間的距離。
[0054]由于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點都是時間同步的，假設(shè)節(jié)點A向節(jié)點M發(fā)送位置坐標的發(fā)送時間為tA，節(jié)點M收到節(jié)點A發(fā)送的位置坐標接收時間為tM，則從節(jié)點A到節(jié)點M聲波傳播的時間為At = tM-tA,利用聲波在水下的傳播速度V,可以計算出節(jié)點M與節(jié)點A的距離Ii,即h = AtXv0因此可以計算得到節(jié)點A和節(jié)點M在發(fā)送位置坐標(Xl，yi)時之間的距離為I1,那么節(jié)點A和節(jié)點M在發(fā)送位置坐標(x2，y2)時之間的距離為12。
[0055]對于水聲在水下的傳播速度V，可以利用兩個配備GPS定位裝置的水面節(jié)點獲得，如圖7所示，具體操作如下:節(jié)點A和節(jié)點B都具有GPS模塊，在h時刻節(jié)點A的上端和下端發(fā)出信標(包括節(jié)點A的位置信息，時間戳等)，節(jié)點B的上端瞬間收到該信標并記錄信標信息，同時記錄自己的位置信息，然后通過節(jié)點A和節(jié)點B的位置信息計算出AB節(jié)點間的距離假設(shè)在t2時刻節(jié)點B的下端收到信標，則可以計算出水聲的傳播速度:v = Lab/
(七2 D ο
[0056]S233、根據(jù)兩次所述海底節(jié)點的水深、所述海底節(jié)點與對應(yīng)的水面節(jié)點的距離、對應(yīng)水面節(jié)點的位置坐標采用勾股定理計算得到海底節(jié)點的位置，實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位。
[0057]例如，如圖6所示，三角形MOA為直角三角形，利用勾股定理，可以得到:
[0058]T12 = IiIhi2式(I)
[0059]當節(jié)點M接收到節(jié)點A發(fā)出的第一個位置坐標(Xl，yi)后，利用式⑴可以得到:
[0060](V — Xi )2 + (v/)； — y.)2 = /.2 -hf式(2)
[0061]當節(jié)點M接收到節(jié)點A發(fā)出的第二個位置坐標(x2，y2)后，利用式⑴可以得到，
[0062](x/;, — X2 )2 + (ym — V2)2 =Il- hi式(3)
[0063]聯(lián)合式⑵、式(3)，可以計算出(xm，ym)，即得到節(jié)點M的坐標，按照以上步驟計算每個與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點，從而實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位。
[0064]需要說明的是，在式(2)、式(3)中，Ii1 =匕是可能的，這種情況發(fā)生在兩個位置坐標發(fā)送間隔時間不長的情況下，水深沒有發(fā)生變化。
[0065]S24、與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的已定位的海底節(jié)點將自身位置信息發(fā)送至相鄰的未定位的海底節(jié)點；未定位的海底節(jié)點根據(jù)接收到的相鄰海底節(jié)點的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)所有海底節(jié)點的定位。具體的，步驟S24包括以下步驟:
[0066]S241、已定位的海底節(jié)點根據(jù)所配置的壓力傳感器獲得當前水深，并將自身位置坐標和當前水深發(fā)送至相鄰的未定位的海底節(jié)點。
[0067]例如，結(jié)合圖8所示,節(jié)點A、B、C為已定位的海底節(jié)點,其位置已經(jīng)已知,分別記為(xA, yA), (xB, yB), (χ。，y。)，所在位置水深分別為hA, hB, h。。已定位的海底節(jié)點是與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點向連接，具有較大的發(fā)射功率，三個已定位的海底節(jié)點A、B、C將自身位置坐標和當前水深發(fā)送至相鄰的未定位的海底節(jié)點D。
[0068]S242、未定位的海底節(jié)點接收三個相鄰已定位的海底節(jié)點發(fā)送的對應(yīng)的位置坐標和水深。
[0069]例如，如圖8所示，節(jié)點D接收三個已定位的海底節(jié)點A、B、C將自身位置坐標和水深。
[0070]S243、所述未定位的海底節(jié)點根據(jù)聲波傳播速度分別計算和三個相鄰已定位的海底節(jié)點之間的距離。
[0071]例如，如圖8所示，根據(jù)步驟S232的方法計算節(jié)點D分別與節(jié)點A、B、C的距離，即Lda' Ldb、Ldc ο
[0072]S244、所述未定位的海底節(jié)點根據(jù)三個相鄰已定位的海底節(jié)點發(fā)送的對應(yīng)的位置坐標和水深、所述未定位的海底節(jié)點和三個相鄰已定位的海底節(jié)點之間的距離采用勾股定理計算得到所述未定位的海底節(jié)點的位置，實現(xiàn)所有海底節(jié)點的定位。
[0073]例如，如圖8所示，利用投影原理和幾何學(xué)方法，可以計算出D的位置。具體為，節(jié)點A，B，C分別投影到同一個平面上分別為A'，B'，C'。利用幾何學(xué)及投影原理，可以得到:
[0074]

【權(quán)利要求】
1.一種海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，包括步驟: 將若干節(jié)點組合部署于海洋中，其中，每一所述節(jié)點組合都包括漂浮在水面的水面節(jié)點和與所述水面節(jié)點連接的部署并固定于海底的海底節(jié)點，部分水面節(jié)點配備GPS定位裝置； 配備GPS定位裝置的水面節(jié)點獲取在不同時間的位置信息并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點； 所述相連接的海底節(jié)點根據(jù)接收到的水面節(jié)點在不同時間的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位。
2.如權(quán)利要求1所述的海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，所述實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位之后還包括步驟: 與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的已定位的海底節(jié)點將自身位置信息發(fā)送至相鄰的未定位的海底節(jié)點； 未定位的海底節(jié)點根據(jù)接收到的相鄰海底節(jié)點的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)所有海底節(jié)點的定位。
3.如權(quán)利要求2所述的海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，所述實現(xiàn)所有海底節(jié)點的定位之后還包括步驟: 當未配備GPS定位裝置的水面節(jié)點需要定位即時位置時，獲取與其相連接的海底節(jié)點的位置信息和相鄰海底節(jié)點的位置信息； 待定位的水面節(jié)點根據(jù)接收到的與其相連接的海底節(jié)點的位置信息和相鄰海底節(jié)點的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)未配備GPS定位裝置的水面節(jié)點的即時定位。
4.如權(quán)利要求1所述的海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，所述配備GPS定位裝置的水面節(jié)點獲取在不同時間的位置信息并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點包括步驟: 所述配備GPS定位裝置的水面節(jié)點采用GPS定位裝置獲取一次位置坐標并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點； 當所述配備GPS定位裝置的水面節(jié)點隨海浪漂浮至距離上一次發(fā)送位置坐標時的位置達到預(yù)設(shè)閾值時，采用GPS定位裝置獲取當前位置坐標并發(fā)送至與其相連接的海底節(jié)點。
5.如權(quán)利要求4所述的海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，所述相連接的海底節(jié)點根據(jù)接收到的水面節(jié)點在不同時間的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位包括步驟: 所述相連接的海底節(jié)點根據(jù)配置的壓力傳感器獲得每次發(fā)送位置坐標時的水深； 根據(jù)所述配備GPS定位裝置的水面節(jié)點的位置坐標發(fā)送時間和所述相連接的海底節(jié)點位置坐標接收時間之差以及聲波在水下的傳播速度計算得到所述配備GPS定位裝置的水面節(jié)點和相連接的海底節(jié)點在每次發(fā)送位置坐標時之間的距離； 根據(jù)兩次所述海底節(jié)點的水深、所述海底節(jié)點與對應(yīng)的水面節(jié)點的距離、對應(yīng)水面節(jié)點的位置坐標采用勾股定理計算得到海底節(jié)點的位置，實現(xiàn)與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的海底節(jié)點的定位。
6.如權(quán)利要求2所述的海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，所述與配備GPS定位裝置的水面節(jié)點相連接的已定位的海底節(jié)點將自身位置信息發(fā)送至相鄰的未定位的海底節(jié)點；未定位的海底節(jié)點根據(jù)接收到的相鄰海底節(jié)點的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)所有海底節(jié)點的定位包括步驟: 已定位的海底節(jié)點根據(jù)所配置的壓力傳感器獲得當前水深，并將自身位置坐標和當前水深發(fā)送至相鄰的未定位的海底節(jié)點； 未定位的海底節(jié)點接收三個相鄰已定位的海底節(jié)點發(fā)送的對應(yīng)的位置坐標和水深； 所述未定位的海底節(jié)點根據(jù)聲波傳播速度分別計算和三個相鄰已定位的海底節(jié)點之間的距離； 所述未定位的海底節(jié)點根據(jù)三個相鄰已定位的海底節(jié)點發(fā)送的對應(yīng)的位置坐標和水深、所述未定位的海底節(jié)點和三個相鄰已定位的海底節(jié)點之間的距離采用勾股定理計算得到所述未定位的海底節(jié)點的位置，實現(xiàn)所有海底節(jié)點的定位。
7.如權(quán)利要求3所述的海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，所述當未配備GPS定位裝置的水面節(jié)點需要定位即時位置時，獲取與其相連接的海底節(jié)點的位置信息和相鄰海底節(jié)點的位置信息包括步驟: 當未配備GPS定位裝置的水面節(jié)點需要定位即時位置時，向與其相連接的海底節(jié)點和相鄰海底節(jié)點發(fā)出定位請求； 所述相連接的海底節(jié)點和相鄰海底節(jié)點分別根據(jù)配置的壓力傳感器獲得對應(yīng)的當前水深，并分別將自身位置坐標和當前水深發(fā)送至待定位的水面節(jié)點。
8.如權(quán)利要求7所述的海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，所述待定位的水面節(jié)點根據(jù)接收到的與其相連接的海底節(jié)點的位置信息和相鄰海底節(jié)點的位置信息采用幾何原理計算得到自身的位置，實現(xiàn)未配備GPS定位裝置的水面節(jié)點的即時定位包括步驟: 據(jù)聲波傳播速度計算所述待定位的水面節(jié)點分別與所述相連接的海底節(jié)點和所述相鄰海底節(jié)點之間的距離； 所述待定位的水面節(jié)點根據(jù)接收到的所述相連接的海底節(jié)點和所述相鄰海底節(jié)點位置坐標和水深、所述待定位的水面節(jié)點分別與所述相連接的海底節(jié)點和所述相鄰海底節(jié)點之間的距離采用勾股定理計算得到所述待定位的水面節(jié)點的位置，實現(xiàn)未配備GPS定位裝置的水面節(jié)點的即時定位。
9.如權(quán)利要求1?8中任意一項所述的海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，所述水面節(jié)點為雙頭節(jié)點，所述雙頭節(jié)點的上端用于采用無線電方式與其他雙頭節(jié)點交互，所述雙頭節(jié)點的下端用于采用水聲與海底節(jié)點交互。
10.如權(quán)利要求1?8中任意一項所述的海洋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法，其特征在于，所述配備GPS定位裝置的水面節(jié)點和相連接的海底節(jié)點配備大容量供電電池。
【文檔編號】G01S19/42GK104166121SQ201410387193
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】羅漢江, 伍楷舜, 倪明選 申請人:廣州市香港科大霍英東研究院