[发明专利]一种水下无线传感网同步与定位方法及系统

说明书

本发明涉及信息技术领域，公开了一种水下无线传感网同步与定位方法及系统，包括布设若干基准节点，基准节点设置标准时钟，基准节点定时广播带有时间戳和位置信息的数据包，待定位同步节点设置本地时钟，实时接收所述数据包，根据所述标准时钟和本地时钟时间计算得到基准节点和待定位同步节点间的伪距，预处理基准节点和带定位节点位置数据和时间数据，根据待定位同步节点目前运动状态，分别进行时间同步和定位；本发明能够实现水下节点快速位置定位以及时间同步，数据传输频次较低，节约了功耗，降低的算法的复杂度，达到了较高的时间同步和定位精度。

技术领域

本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种水下无线传感网同步与定位方法及系统。

背景技术

水下环境复杂，网络所含节点、各类传输设备、观测仪器众多，网络覆盖面广。如果没有统一的时间同步标准，观测仪器采集到的数据传送到岸基时就失去了准确性和时效性；布放在不同区域、相隔几百米甚至几千米的节点之间，也没法做到信息的同步传输和实时的互联互通。只有针对水下信息传输网的特点，制定合适的、特定的时间基准，采集到的数据才有分析、研究和利用的价值。因此，关于水下信息传输网时间同步和定位的研究在海底各设备的实时监测、采集信息的时效性与可利用性等方面具有十分重大的意义。

以往的通信网在时间同步的解决方案上一般利用接收GPS时间信号来实现对系统的时间同步。这种模式可能在陆地上尚可运行，但在水下信息传输网中不具适用性，一方面水下环境特殊，施工和维护都非常困难，接驳设备空间也有限，难以加装GPS设备；另一方面，传输网部署在水下或者是海底，接收的GPS信号可能很薄弱、很不稳定，甚至接收不到GPS信号。因此，需通过在岸基接收时钟源信号作为整个水下信息传输网的主时钟，再通过系统网络达到时间同步。

无线传感器网络节点的能量、存储能力和计算能力都非常有限，并且水下无线传感器网络还具有带宽窄、信号衰减严重、时延大且动态变化以及误码率高的特点。此外，水下传感器网络具有分层结构，并且节点容易随潮汐动态移动，这些特点都导致水下无线传感器网络的研究不同于陆上传感器网络，为水下无线传感器网络节点定位研究带来了极大的困难。

因此如何减少时间同步或者定位过程的数据交流频次，降低过程功耗和算法复杂度并达到较高的时间同步和定位精度成为迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种水下无线传感网同步与定位方法及系统，用以解决上述问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明提供一种水下无线传感网同步与定位方法，具体包括：

布设若干基准节点，基准节点设置标准时钟，基准节点定时广播带有时间戳和位置信息的数据包；

待定位同步节点设置本地时钟，实时接收所述数据包；

根据所述标准时钟和本地时钟时间计算得到基准节点和待定位同步节点间的伪距；

预处理基准节点和待定位节点位置数据和时间数据；

根据待定位同步节点目前运动状态，分别进行时间同步和定位。

优选地，所述伪距计算，包括以下步骤：

导入信号传播速度c；

采集读取所述数据包离开基准节点时的标准时间t_s和数据包到达待定位同步节点时的本地时间t′_o；

代入公式：ρ_i＝c(t′_o-t_s)计算得到该基准节点和待定位同步节点间的伪距ρ_i。

优选地，所述基准节点布设在岸基、水面或者上方，具有能量补给功能，用于广播能让待定位同步节点稳定准确接收到的定位和同步信息。