弱时间同步下自适应拓扑变化的移动水声网络高精度自定位方法研究

According to the demand of accurate underwater acoustic network monitoring in ocean development and maritime rights and interests maintenance, we will have a research on the high accuracy self-localization algorithm for mobile underwater acoustic networks (MUANs) with adaptive topological change and weak time synchronization in this project to increase the localization accuracy of MUANs. 1) For the influence of topological change on location accuracy, we will propose an efficient information exchange scheme for MUANs with adaptive topological change in this project. According to the proposed scheme, the timeliness and effectiveness of information exchange for MUANs will be enhanced, and the localization accuracy for MUANs with topological change will be increased as well. 2) For the weak time synchronization of MUANs and the influence on location accuracy, we will propose a localization algorithm for mobile node with Interactive fusion of multi-observation and multi-models to solve the problem of low precision localization. Combined the localization algorithm with the efficient information exchange scheme, we will get the complete positions of MUANs with high accuracy. 3) The theory and method proposed in this project will be verified and improved by experiments. The research achievement will accelerate the development of marine technology and realize the accurate underwater acoustic network monitoring with large distance and space.

本项目针对海洋开发与海洋权益维护中对精准海洋网络监测应用的重大需求，开展弱时间同步下自适应拓扑变化的移动水声网络高精度自定位方法研究，以解决并实现移动水声网络在监测应用中的高精度自定位问题。针对节点移动带来的网络拓扑变化，提出自适应拓扑变化的移动水声网络高效自定位信息交互机制，提高拓扑变化下网络自定位信息交互的及时性与有效性，进而降低由拓扑变化引入的网络自定位误差；针对移动水声网络的弱时间同步性能及其对定位精度的影响，提出弱时间同步下基于多观测与多模型交互融合的移动节点定位算法，突破弱时间同步下移动水声网络自定位精度差的瓶颈，结合信息交互机制的研究成果，高精度的获得移动水声网络完整的位置信息；通过实验研究，进一步验证并完善所提出的理论方法。项目的研究成果为推动海洋技术发展，实现水下远距离、大空间的精准海洋网络监测提供重要的方法支持和技术参考。

本项目针对海洋开发与海洋权益维护中对精准海洋网络监测应用的重大需求，开展弱时间同步下自适应拓扑变化的移动水声网络高精度自定位方法研究，以解决并实现移动水声网络在监测应用中的高精度自定位问题。首先针对移动水声网络拓扑变化对自定位信息协同交互的影响和网络高精度定位带来的大量通信开销等问题，本项目提出自适应拓扑变化的移动水声网络高效信息交互机制，包括自定位信息交互机制和自适应动态周期选择机制。该机制使得网络可以自适应的更新拓扑变化下的信息交互策略，降低由拓扑变化引入的网络自定位误差，并且平衡拓扑结构实时变化所引起的定位通信开销和定位精度之间的矛盾。针对移动水声网络的弱时间同步性能及其对定位精度的影响，提出弱时间同步下的移动水声网络高精度自定位方法，包括基于多观测与多模型交互融合的移动节点定位算法和移动水声网络时间同步与自定位动态联合预测算法。该算法可解决水下移动网络时间同步不易实现的问题，且当时间同步性能较弱时能够提高网络的自定位精度，突破了弱时间同步下移动水声网络自定位精度差的瓶颈。理论分析与实验研究均验证了本项目所提方法的有效性。项目的研究成果为推动海洋技术发展，实现水下远距离、大空间的精准海洋网络监测提供重要的方法支持和技术参考，具有广泛的应用前景。