大规模水下动态传感网络节点高精度定位理论与关键技术研究

With the development of underwater dynamic sensor networks, it is urgent to accurately locate underwater dynamic nodes. By locating the network nodes, underwater sensor networks can realize dynamic nodes sensors information position association, multiple dynamic sensor networks collaboration, dynamic nodes self-positioning and navigation and so on. And, knowing the networks nodes position is also helpful to reduce the risk of physical layer interference and protocol layer conflict, which make it convenient to optimize the design of network layer routing protocol, promoting the network whole performance. This project will center on the localization to large scale underwater sensor networks dynamic nodes, and research high precision positioning theory and key techniques for the nodes said above, which include: 1) Building a theoretical model through which multi-factor, such as underwater acoustic complex channel characteristic, platform kinetic characteristic, the nodes inherent peculiarity and so on, can be analyzed comprehensively, 2) Providing a new accurate and fast positioning technique based on MISO/MIMO-AOA for the large scale underwater dynamic networks nodes, 3) Improving the free time synchronization positioning technique based on the seafloor reference nodes. Conducting this project will achieve the perfect combination of traditional underwater acoustic positioning techniques and emerging underwater acoustic communication networks techniques, achieve the perfect combination of the research of key techniques led by the strong development potential of engineering and the research of systematic basic theory, and drive the research of national underwater sensor networks techniques and applications make a great progress.

水下动态传感网络的发展对水下动态节点的精确定位提出了迫切需求。通过网络节点定位，水下传感网络能够获得动态节点传感器信息位置关联、多动态传感器网络协同、动态节点自身定位导航等能力。同时，已知网络节点的位置将有利于降低网络物理层干扰和网络协议层冲突风险，便于优化网络层路由协议设计，提升网络整体性能。本项目围绕大规模水下传感网络动态节点定位的核心目标，创新性开展高精度网络定位理论和关键技术研究：构建集水声复杂信道特性、平台运动特性和节点自身特性等多因素综合分析的水下动态网络定位理论模型；研究基于MISO/MIMO-AOA技术体制的大规模水下动态网络节点精确快速定位技术；改进基于海底参考节点的免同步水下网络定位技术。希望通过本项目的实施，实现传统水声定位技术与新兴水声通信网络技术、强烈工程发展潜力牵引下的关键技术研究与系统性基础理论研究的完美结合，推动我国水下传感网络技术与应用研究取得进步。

海洋环境监测和海洋权益维护对水下传感网络提出了重大需求。所有水下作业的传感器均需要对获取的传感数据进行不同定位精度的位置关联处理。水下动态传感网络主要由水下各类潜器组成的动态节点和由各类潜浮标等组成的静态节点构成。各个节点的位置信息以及对应的时间信息在水下动态组网中对于多节点协同探测至关重要。水下动态传感网络节点定位主要解决这些动态节点和静态节点的绝对和相对位置确定问题。项目以大规模水下动态节点精确快速网络定位为目标，突破了基于海底参考节点的免时间同步水下网络高精度定位原理与关键技术，构建水下固定区域作业大规模动态组网节点定位的应用模式基础；针对大规模动态节点的集群作业，开展了基于动态参考节点多发单收方位测量（MISO-AOA）技术研究，开展了基于UUV集群的湖上试验，对动态网络定位技术进行了功能性的演示与验证。通过本项目的实施，实现传统水声定位技术与新兴水声通信网络技术、强烈工程发展潜力牵引下的关键技术研究与系统性基础理论研究的结合，推动我国水下传感网络技术与应用研究取得进步。在海洋科学、海洋工程及海洋国防安全等领域呈现出重要应用前景。