1、水下传感器网络定位技术解析

水下传感器网络定位技术解析

1. 水下在线监测系统

21 世纪是海洋的世纪，海洋事业的发展成为这一世纪的主题。为了更好地了解和探索海洋，强大的海洋观测能力是必不可少的技术支撑。过去，诸如声学多普勒海流剖面仪、声纳阵列和多波束测深仪等仪器被用于海洋监测。这些仪器能够采集和存储测量数据，但需要人工打捞后才能进行数据恢复和分析。然而，这些仪器存在体积大、成本高的问题，不利于大规模部署，且属于离线系统，无法满足某些特定场景的实时监测需求。

随着通信和网络技术的飞速发展，水下传感器网络（USNs）让在线海洋监测成为现实。USNs 由大量静态传感器和移动车辆组成，它们协同完成监测任务。与离线系统相比，USNs 具有数据来源丰富、实时性强和故障率低等优势。

在水下监测系统中，静态传感器节点会定期收集海洋环境信息，而移动的自主水下航行器（AUVs）则可以接近或穿过静态传感器无法监测的区域进行数据采集。通过声学和电磁通信链路，海岸或近海船只上的操作员可以收集所有可用数据，并为监测任务做出决策。通过传感器节点和 AUVs 的协同组网，能够实现无缝的空间观测和在线数据采集。

在这样的系统中，传感器节点和 AUVs 的准确位置信息对于 USNs 的路由、组网和控制至关重要，因为这些服务只有在准确获取位置信息的情况下才有效。尽管目前已经有许多针对无线传感器网络的定位方案，但 USNs 具有诸如异步时钟、节点移动性、分层效应和带宽有限等独特特性，这就需要更可靠、高效的新定位解决方案。

2. 无线传感器网络的定位方案

根据不同的测量方式，无线传感器网络的定位方案可分为以下三类：

2.1 基于到达角（AOA）测量的定位