水下GPS定位技术研究

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。

目录

文摘

英文文摘

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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

4.3.4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

6.2.3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