【CN109905846A】一种基于自主水下航行器的水下无线传感器网络定位方法【专利】

(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
(43)申请公布日
(21)申请号 201910119822.4(22)申请日 2019.02.18(71)申请人 天津城建大学地址 300384 天津市西青区津静公路26号(72)发明人 郝琨　于凯丞　李成　赵璐　(74)专利代理机构 天津才智专利商标代理有限公司 12108代理人 庞学欣(51)Int.Cl.H04W 4/029(2018.01)H04W 4/30(2018.01)H04W 64/00(2009.01)H04W 84/18(2009.01)G01C 21/16(2006.01)G01C 21/20(2006.01)G01S 19/42(2010.01)

(54)发明名称
一种基于自主水下航行器的水下无线传感
器网络定位方法
(57)摘要
一种基于自主水下航行器的水下无线传感
器网络定位方法。其包括设定水下定位系统；建
立三维坐标系；自主水下航行器从各个位置向待
测节点发送信息；待测节点对自身坐标进行计算
等步骤。本发明提供的基于水下自主航行器的水
下无线传感器网络定位方法是将TDOA定位方法
和水下自主航行器结合起来，通过水下自主航行
器能够在水域中自由移动的特性，利用水下自主
航行器在不同位置对待测节点进行基于信号到
达时间差(TDOA)的距离测算，由此得出待测节点
的坐标，不需要节点进行时钟同步。本方法能够
显著提升定位精度，同时由于使用了水下自主航
行器，因此在水下的定位覆盖范围也显著扩大，
耗能也相对减少。

权利要求书4页 说明书7页 附图2页
CN 109905846 A
2019.06.18

C
N
1
0
9
9
0
5
8
4
6
A
1.一种基于自主水下航行器的水下无线传感器网络定位方法，其特征在于：所述的基
于自主水下航行器的水下无线传感器网络定位方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤一：设定适用于水下环境的水下定位系统；所述的水下定位系统包括待测节点S和
自主水下航行器，其中自主水下航行器已知自身位置并能够根据内置的测速仪和深度计修
正自身在水中的位置信息，会周期性地进行定位，设每一个周期的间隔时间为I，同时能够
发送信息；待测节点S位于水下，通常处于周期睡眠状态，在收到自主水下航行器发送的信
息时会被唤醒并计算自身位置；
步骤二：在水下以水域中心位置为原点建立三维坐标系，其中水域纵向为x轴方向，横
向为y轴方向，深度方向为z轴方向；
步骤三：当定位船只行驶到待测节点S所在水域时，将自主水下航行器投放到水面，并
根据GPS确定出自主水下航行器在上述三维坐标系中的当前坐标；然后使自主水下航行器
下潜到与待测节点S大致深度的位置A，并开始向待测节点S发送信息；信息中含有当前位置
A的坐标(xa,ya,za)；待测节点S在t1时刻收到自主水下航行器从位置A发送的信息；
发送信息结束后，自主水下航行器在tb时刻围绕待测节点S从位置A开始移动到位置B
(xb,yb,zb)，自主水下航行器自身携带的测速器可以确定出移动过程中自身的速度v，到达
位置B的时刻为t′b，则时间差Δtb为：
Δtb＝t′b-t
b

由此可以计算出位置A和位置B之间的距离dab为：

dab＝Δtb×v
同时自主水下航行器在t′b时刻将信息继续向待测节点S发送，此时待测节点S在t2时刻
收到该信息；
之后，自主水下航行器围绕待测节点S相继移动到位置C(xc,yc,zc)和位置D(xd,yd,zd)，
并在这两个位置继续向待测节点S发送信息；
步骤四：当待测节点S收到自主水下航行器从上述各个位置发来的信息后，利用上述信
息开始对自身坐标进行计算；
步骤五：待测节点S对上述计算出的自身坐标进行二次测算。
2.根据权利要求1所述的基于自主水下航行器的水下无线传感器网络定位方法，其特
征在于：在步骤四中，所述的当待测节点S收到自主水下航行器从上述各个位置发来的信息
后，利用上述信息开始对自身坐标进行计算的方法是：
待测节点S分别在tj时刻，j∈{1,2,3,4}收到来自自主水下航行器从位置A,B,C,D处发
送的信息，且t1Δt1＝t2-t
1

Δt2＝t3-t
2

Δt3＝t4-t
3

由于水下声速为c，将每次定位信息发送间隔推广到I个定位周期，dmn为m与n位置间的

距离，m，n∈{a,b,c,d}，设：

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