[发明专利]一种具有隐私保护的水下传感器定位方法

权利要求书

1.一种具有隐私保护的水下传感器定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、部署多个锚节点、水面浮标和目标传感器节点，所述锚节点基于水面浮标确定其真实位置；

S2、目标传感器节点与各锚节点信息交互，基于信息传递的时间消除异步时钟的影响；

S3、各锚节点随机生成若干矩阵，其中一个留给此锚节点，其他矩阵发送给其余的锚节点，同时接收其他锚节点生成的随机矩阵，将锚节点的真实位置与它接收到的随机矩阵和自身保留的随机矩阵求和作为伪位置；

S4、基于各锚节点与目标传感器节点之间的传输路径及所述伪位置计算目标传感器节点的真实坐标，实现对目标传感器节点的定位；

所述步骤S1具体包括：在监测水域，随机部署多个水面浮标、n个锚节点以及1个目标传感器节点，其中n≥3，锚节点的真实坐标为(X₁,Y₁,Z₁)、(X₂,Y₂,Z₂)…(X_n,Y_n,Z_n)，其中，X_i、Y_i和Z_i分别为X轴、Y轴以及Z轴的位置，其中，i∈1,2…n；

所述步骤S2具体包括：目标传感器节点对外广播启动信号启动整个网络，锚节点接收到目标传感器节点的启动信号后，向目标传感器节点回复应答信号；锚节点i与目标传感器节点之间的传输路径在水平面的投影距离为yr_i，其中，i∈1,2…n，投影与X轴的夹角为θ_i；水下传感器网络被启动后，锚节点i向目标传感器节点发送第一信息，此时记录为T_i,1[k]时刻，其中，k∈{1,2…M}；目标传感器节点接收到消息记录为t_i,2[k]时刻；随后目标传感器节点在t_i,3[k]时刻回复第二信息；T_i,4[k]时刻,锚节点i接收到目标传感器节点回复的消息；

锚节点数量为3时，即n＝3时，所述步骤S3中，锚节点i随机生成3个矩阵δ_i,j,使得其中，i∈{1,2,3}，j∈{1,2,3}，其中δ_i,i留给锚节点i，剩下的2个随机矩阵发送给其余的2个锚节点，同样的，锚节点i也会接收到来自其它2个锚节点生成的随机矩阵，锚节点的真实位置加上它接收到的随机矩阵和自身保留的随机矩阵作为它的位置使用，即所述伪位置；

所述目标传感器节点X轴方向隐私保护算法通过以下方程表示：

上式中X_jj为锚节点j计算出的目标传感器节点的X轴坐标伪位置，j∈{1,2,3}；

目标传感器节点的X轴坐标为：X＝(X₁₁+X₂₂+X₃₃)/3；

Y轴方向隐私保护算法可以用以下方程表示：

上式中Y_jj为锚节点j计算出的目标传感器节点的Y轴坐标伪位置，j∈{1,2,3}；

目标传感器节点的Y轴坐标为：Y＝(Y₁₁+Y₂₂+Y₃₃)/3；

在步骤S4中，还考虑声线弯曲效应来提高定位精度，具体地，传播时延可以表示为随深度变化的形式：

式中z_s,i为锚节点i的深度，z_r,i为目标传感器节点的深度，C_i是积分常数；通过此式确定积分常数C_i的值，求出C_i后，得到声波的传播路径投影在水平面上的距离y_ri:

传播路径投影在水平面上的直线与X轴的夹角θ_i是可测的，由此可知目标传感器节点相对于锚节点在X轴方向的位移为:

y_xri＝y_ri*cosθ_i

目标传感器节点相对于锚节点在Y轴方向的位移为:

y_yri＝y_ri*sinθ_i

考虑水下的分层效应构建声速随深度Z变化的模型具体为：