[发明专利]基于节点簇的分布式传感器自定位系统及定位方法

权利要求书

1.一种大水域环境下基于节点簇的分布式传感器自定位系统,其特征在于:包括被定位传感器节点、基站、中继浮标以及地面控制中心，其中：

所述的被定位传感器节点包含传感器节点电源、A微控制器、A水声器、A水听器、被定位传感器、信号调理模块、数据采集模块、时间统一模块、无线收发模块、指令译码与控制模块以及传感器节点浮标；

所述的传感器节点电源、A微控制器、信号调理模块、数据采集模块、时间统一模块、无线收发模块、指令译码与控制模块搭载在传感器节点浮标上；信号调理模块、时间统一模块、无线收发模块、指令译码与控制模块通过控制信号线与A微控制器连接；被定位传感器和A水听器通过电缆与信号调理模块连接；A水声器通过电缆与A微控制器连接，被定位传感器节点随机分布在水下；

所述的基站包含基站电源、B微控制器、B水声器、B水听器、时间统一模块、无线收发模块、指令译码与控制模块以及基站浮标；基站电源、B微控制器、时间统一模块、无线收发模块、信号调理模块、数据采集模块、指令译码与控制模块搭载在基站浮标上；时间统一模块、无线收发模块以及指令译码与控制模块通过控制信号线与B微控制器连接；B水听器通过电缆与信号调理模块连接；B水声器通过电缆与B微控制器连接，基站在水下是随机分布的；

所述的中继浮标包括浮标和与其搭载的无线收发模块，中继浮标布设在水域岸边，通过其无线收发模块实现基站与地面控制中心的数据交换；

所述的地面控制中心包含无线收发模块、时间统一模块、调制与指令编码系统、解调/解码系统、指令集系统以及信号分析处理系统；时间统一模块包括无线定位系统授时主站，通过发送无线定位系统授时信号实现基站的同步授时或时间校准。

2.根据权利要求1所述的基于节点簇的分布式传感器自定位系统的定位方法：

1）确定簇首

A水听器接收其它基站A水声器产生的定位信标信号，通过无线模块发送到地面控制中心，地面控制中心接收这些定位信标信号，并采用到达时间定位技术基于信号到达时差计算基站间的相对距离，相邻最近的四个基站组成一个簇首；

2）建立簇

基站向被定位传感器节点发送水声信号，B水听器接收水声信号后采用无线收发模块将信号发送到地面控制中心，采用到达时间定位技术基于信号到达时差计算基站与被定位传感器节点间的相对距离，相对距离在100米之内的被定位传感器节点属于一个簇群；地面控制中心通过无线收发模块在同一时刻通知被定位传感器节点属于哪一个簇群；

3）建立水下传感阵列坐标

首先确定簇内坐标系的坐标原点与轴向：簇群形成后，簇内各被传感器节点通过B水声器产生水声信号，B水听器接收其它簇內成员产生的水声信号并存储为相邻节点信息，比较每个被定位传感器节点所存储的相邻被定位传感器节点信息，将存储信息量最大的被定位传感器节点设为坐标原点，对于同时存在的存储信息量相同的多个被定位传感器节点，选择与簇首距离最小的被定位传感器节点作为簇内坐标原点；向右和向上分别作为坐标x，y的轴向；坐标原点确定后，选择相邻簇数最多的子簇作为整体相对坐标参照系，依次对其他各簇进行坐标变换，得到节点与基站的全局相对坐标；

4）确定被定位传感器节点的局部坐标

根据测量到被定位传感器节点间的距离，求出所有被定位传感器节点坐标的初值，然后计算出各被定位传感器节点间相对距离，用最小梯度迭代法，最终获取各被定位传感器节点的坐标值。