[发明专利]一种固定深度水下传感器网络的水下节点位置预测方法

权利要求书

1.一种固定深度水下传感器网络的水下节点位置预测方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：网络模型，移动sink游走于水面，水下节点部署在水下三维环境中，包含水中节点和水面浮标节点，其中，移动sink配备卫星定位系统和电磁波无线通信设备；水面浮标节点配备卫星定位系统、电磁波无线通信设备和水声通信设备；水中节点配备水声通信设备；水面浮标节点和水中节点已知初始位置，以不同深度锚定在海底，配有深度调节装置，水中节点采集水下数据，通过水声通信传输至浮标节点，浮标节点通过电磁波无线通信设备转发至移动sink；

步骤2：水流信息广播，移动sink定时获取卫星定位系统信号并计算水面的水流速度和水流偏移角度，通过电磁波无线通信设备广播至水面浮标节点，水面浮标节点将该信息通过水声通信广播至水中节点，其中，水流信息广播具体步骤如下：

2-1：移动sink定期保持静止状态，并根据卫星定位系统获取位置信息坐标，计算在漂移时间t时间内，漂移位移s以及偏移角度α；

2-2：根据移动sink的漂流位移s和漂移时间t，计算水面的水流速度

2-3：移动sink将V₀、α和t通过电磁波无线通信广播传输至水面浮标节点，水面浮标节点再次将该信息通过水声通信广播转发至水中节点；

步骤3：水中节点的位置预测，水中节点根据接收到的水面浮标节点传送的水面的水流速度和水流偏移角度信息，结合埃克曼漂流模型计算水中节点所处深度的水流速度和水流偏移角度，以此计算出水中节点的运动位移,并结合水中节点前一次的定位坐标测得当前位置

其中，水中节点的位置预测的具体步骤如下：

3-1：根据埃克曼漂流模型，计算水中节点的漂流速度与漂流角度，当水深到达埃克曼深度时，水流速度V＝-0.043v₀，其中，A_Z为涡流粘度，f为科氏力参数，a在维度不变的情况下可视作常数，当水深到埃克曼深度D时，水流速度为水面水流速度的0.043倍，方向与水面的水流速度完全相反；

3-2：节点受洋流的推力时做加速运动，经过一段时间后变化至匀速运动，此时，节点的移动速度与水流速度相等；

据此，水面浮标节点的速度等于水面水流速度V₀，水面浮标节点的速度与水中节点的速度V根据埃克曼漂流模型解为：

V＝V₀e^aZ+iaZ (1)；

其中，z是水中节点的深度，i是虚数单位；

3-3：水面与埃克曼深度之间水中节点的移动角度β根据埃克曼漂流模型解为：

根据v、t计算水中节点的位移s’，后根据水中节点的初始位置与漂流角度β计算水中节点的当前位置。

2.根据权利要求1所述的一种固定深度水下传感器网络的水下节点位置预测方法，其特征在于，水中节点的前一次的定位坐标需周期性进行全网节点初始位置的更新，具体更新方法如下：

4-1.利用水面浮标节点的卫星定位系统获取水面浮标节点的位置信息，根据水面浮标节点的位置信息定期进行全网的精确定位，以此周期性更新水中节点的原始位置；

4-2.移动sink的位置偏移量超过一定值，即移动sink的当前卫星定位系统坐标和根据上一次水流速度和水流角度计算的坐标差值超过一定值时，使用水面浮标节点的卫星定位系统位置信息进行全网的精确定位，更新水中节点的原始位置。

3.根据权利要求2所述的一种固定深度水下传感器网络的水下节点位置预测方法，其特征在于，所述精确定位采用三维定位算法进行定位。

4.根据权利要求3所述的一种固定深度水下传感器网络的水下节点位置预测方法，其特征在于，所述三维定位算法为基于水声测距的多边定位算法。