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水下通信网络及其自定位的系统设计与实现
| 论文题名： | 水下通信网络及其自定位的系统设计与实现 |
| 关键词： | 水下通信网络;水声信道特性;网络节点;自定位方法;仿真分析;自适应变频测距 |
| 摘要： | 水下无线通信网络是目前水声领域的研究热点之一。本文在研究了水下无线通信网络特点及水声信道特性的基础上，设计了一套水声网络节点的系统实现方案，研究了自定位与测距的相关技术，进行了相关的仿真与水池实验，最终完成了一套能够实现自组织网络功能的水下通信网络系统。 本文的主要研究成果与创新点如下： （1）设计并研制了1套6节点水声网络系统，包括电子设备的硬件设计研制、软件及代码实现和总体的设计与研制等。该网络节点可实现距离2km、信息速率500bit/s的水声通信、测距、TDMA/ALOHA网络协议、自定位网络协议等功能； （2）提出了一种基于最佳频率的自适应变频测距方法。该方法通过多次迭代计算的方式找出两点间测距最优频率，改善接收端信噪比，最终达到提高测距性能的目的。仿真表明，在信号频带为6-30KHz、距离为0.5-10km时使用基于最佳频率的自适应变频测距方法，能够有效提高测距脉冲接收端信噪比约2至20dB，提高测距精度约0.5-7m。 （3）提出了一种高效的节点间测距方法。该方法在测距过程中采用多次请求-应答机制，能够充分利用声信号在水中传播的时延间隔，有效提高了测距工作效率。仿真表明，根据单组发送测距脉冲的次数，可相应提高测距效率1.5-4倍。 （4）基于（1）研制的水声通信网络系统，实现了一种自组织水声网络节点自定位方法，工作内容主要包括TDMA时序设计、基于有限状态机的软件编程、网络通信格式化报文设计等，并进行了该方法与DV-HOP的定位仿真对比实验。5节点水池定位实验表明，该方法平均定位误差≤0.5m，达到了应用要求。 （5）针对所设计的网络节点系统和自组织水声网络节点自定位方法，进行了通信、测距、TDMA协议、ALOHA协议和自定位相关水池实验。水池试验证明，该水声通信网络节点系统工作可靠稳定，能够为水声网络相关功能的实现提供保障，对水声组网工作的开展有着重要的工程实用价值。 |
| 作者： | 房伟 |
| 专业： | 武器系统与运用工程 |
| 导师： | 王海燕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西北工业大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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