基于等梯度声速剖面的水声传感网节点与目标定位研究

发布时间：2025-05-07 23:32

　　随着人类对海洋战略地位、海洋资源开发、海洋科学研究价值认识的深化,世界各国都将对海洋的关注度提高到前所未有的战略高度。我国也提出建设“海洋强国”的战略目标。其中,海域安全保障、海洋搜救支援和海洋生物监测保护等重要任务的完成都依赖于大范围水域监测。水声定位技术作为水域监测的关键技术之一受到了人们的广泛关注。然而,严峻的水下环境使得水声定位存在诸多挑战:由于水下GPS系统的缺失与水下设备时钟差异的存在,和水声定位密切相关的时钟同步仍然有待解决;水下声速随海水温度、盐度、静压力等因素变化,其中,温度影响最大,且具有季变化和日变化等特性,三种因素的综合作用导致水下声速具有时、空变化特性,即水下声速是不确定的;海水温度、盐度以及静压力都随海水深度变化,因此,水下声速可刻画为随深度变化的量,这使得水下声线传播的轨迹不是直线,而是曲线;水下设备(锚节点)因洋流作用而具有位置不确定性,其位置误差引起定位性能的下降。本文考虑由水面浮标和水下传感网组成的新型分布式多基地声呐系统。水面浮标分为两类:第一类扮演“水下GPS”与网关的角色,为水下节点提供时钟同步、定位、以及数据收集的服务;第二类称为声呐浮标,扮演...

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1–2水声定位算法分类

除上述成熟系统外,国内外学者近期又提出了大量水声定位方案。这些方案按照不同的标准可分为不同的类别。如图1–2所示,可分别依据位置计算方式、网络维度、测量模式、系统类型、层级数以及影响因素等标准进行分类。从节点位置解算的角度看,可分为集中式和分布式。集中式中所有测量信息传送至中心节....

图1–3论文的组织结构

本文的结构体系及各章之间的关系如下图所示:整体而言水声定位包括三个步骤:一,观测量测量;二,构建观测量与位置的关系;三,位置估计。其中步骤一、二和水下声场传播密切相关。以观测量TOA为例,为了建立TOA与位置的关系,需要知道水下声速模型与声线轨迹。水下声速模型和声线轨迹需要从声场....

图2–1水声定位主线

假设声波传播介质是理想流体介质,即该介质是连续的、静态均匀的、且运动过程中没有能量损耗。因此,声波在理想流体介质中的传播基本规律可用连续性方程、运动方程和状态方程等三个基本方程表述。由以上三个方程推导声波的波动方程。理想流体介质中,速度势随时间变化做简谐振动是一种最简单的声波传播....

图2–2海洋环境声传播模型架构

到目前为止,根据三个基本方程推导波动方程,并在简谐解的前提下得到了亥姆霍兹方程。如图2–2[88]所示,针对亥姆霍兹方程的求解,发展了多种声波传播模型理论,包括射线声学理论、简正波理论、多途展开模型理想、快速声场理论以及抛物方程理论等。各种模型的对比如表2–1[88]所示。从表中....

本文编号：4043967