移动水下网络的协作跟踪研究

宁学侃

【摘要】 水下传感器系统的一个主要需求是跟踪水下目标的位置，通常的跟踪方式是利用水面浮标依靠惯性导航和声学测距设备在时间上估计节点位置。不过这种方仅适用于少量水下设备，却并不适用水下网络。水下网络的设备可以依靠协作定位技术来跟踪，但仅是像网络的时间快照那样估计节点位置，且其在网络稀疏分布情形下就失去效果。本文设计提出一种创新方法——“协作跟踪”，其结合了现有方法的优点并克服了它们的缺点。通过仿真完成了4D跟踪估计，验证了该方法的有效性，利用时间和空间维度可将其有效地运用到水面浮标和网络连接均稀疏的区域。

【关键词】 水下网络 跟踪 移动性 声学网络

一、概述

将大量的水下传感设备组网应用已经引起了人们广泛的兴趣[1，2]。在这种网络系统中，明确水下传感器的位置是必要的。没有位置信息，不但传感器数据的空间关系将丢失，而且也不可能的有效地导航。在广泛多样的水下传感网络中，本文主要研究含有移动设备的水下网络系统。移动设备主要包括自驱动的设备（如远程控制的水下载体或ROV）、源于垂直运动移动性的设备（水下滑翔机）或随着水下涌流被动飘浮的设备（水下浮标）。在这些移动水下网络情形下，定位并不是一次性的事情、其须随着时间不断进行测量。

二、协作跟踪

独立跟踪是时间维的算法，其将需处理的一组设备看作是一定数量独立实体、本质上是分别跟踪每一个设备[3]，这种算法需要外部周期的位置更新来弥补船位推算的积累误差。……