CN110958560A - 水声定位方法、装置、存储介质、计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种水声定位方法、装置、存储介质、计算机设备，该方法包括：获取参考节点的位置信息；对参考节点进行时间同步分别得到时钟偏斜；获取每个参考节点接收到待定位节点的参考报文的时延得到第一传输时延；根据每个参考节点对应的时钟偏斜和第一传输时延得到对应的第二传输时延；对每个参考节点对应的第二传输时延进行线性回归计算得到对应的第三传输时延；获取参考报文交互时声速与水深度的相关信息；根据每个参考节点的位置信息、对应的第三传输时延、对应的声速与水深度的相关信息获取待定位节点的位置信息。通过本方案能够实现分层效应补偿和时间同步的定位，使水声定位更精准。

Description

水声定位方法、装置、存储介质、计算机设备

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种水声定位方法、装置、存储介质、计算机设备。

背景技术

在众多水下传感器的时间同步和定位研究中，尽管已经考虑了一些很实际的问题并相应有一些有效的解决方案被提出，例如长传输时延，长传输时延，参考节点的部署，能量效率等等。然而，仍有一些有挑战性的问题还没有被很好的解决。

节点移动性的影响没有被很好的解决。在计算传输时延过程当中，由于节点的移动性，两点间的距离或传输时延会随着时间而变化。因为在水声传感器的网络中，节点会实时地随着水流被动的移动，或者主动的移动，例如AUV，水下机器人等，这种移动性破坏了往返传输时延的对成型，如何计算变化的时延或距离是亟需解决的问题之一。

分层效应的影响没有被很好的解决。由于声音在水下的速度随着温度，压力，盐度等外界条件的变化而变化，导致声音在水下并非按直线传输，而是会随着深度的变化而弯曲，此特性导致了以往大量被提出的定位算法如TOA,TDOA,AOA等都不准确，由此引入的误差需要得到补偿。以上这些问题虽然受到学术界的关注，但并没有形成系统的解决方案。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种水声定位方法、装置、存储介质、计算机设备。

第一方面，本申请实施例提供了一种水声定位方法，该方法包括：

获取至少3个参考节点和每个参考节点的位置信息；

对至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜，所述公共参考节点为所述至少3个参考节点中任意的参考节点，所述其他参考节点为所述至少3个参考节点中除公共参考节点以外的参考节点；

获取每个参考节点接收到待定位节点的参考报文的时延得到第一传输时延；

根据每个参考节点对应的时钟偏斜和第一传输时延得到对应的第二传输时延；

对每个参考节点对应的第二传输时延进行线性回归计算得到对应的第三传输时延；

获取每个参考节点与待定位节点进行参考报文交互时声速与水深度的相关信息；

根据每个参考节点的位置信息、对应的第三传输时延、对应的声速与水深度的相关信息获取待定位节点的位置信息。

可选地，获取至少3个参考节点和每个参考节点的位置信息，包括：

从多个待参考节点中选取预设数量的待参考节点得到多组不同的包括预设数量的待参考节点的参考节点集，预设数量为至少3个；

获取每个待参考节点的位置信息和目标定位节点的已知位置信息；

根据每组参考节点集中每个待参考节点的位置信息、目标定位节点的位置信息，通过迭代最小二乘法计算得到目标定位节点通过每组参考节点集中的待参考节点定位的定位误差的均方误差集合；

分别对每组参考节点集对应的定位误差的均方误差集合求平均值，得到每组参考节点集对应的均方误差平均值；

将均方误差平均值最小的参考节点集中的待参考节点作为参考节点。

可选地，对至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜，包括：

获取至少3个参考节点中公共参考节点与其他参考节点进行多次参考报文交互时的多普勒频移；

根据多普勒频移获取公共参考节点与其他参考节点的相对移动速度；

根据相对移动速度获取公共参考节点与其他参考节点的相对移动距离；

根据相对移动距离分别获取公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的传输时延，将根据相对移动距离获取的传输时延作为第四传输时延；

获取公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的第五传输时延，第五传输时延为其他参考节点接收到公共参考节点的参考报文的时刻与公共参考节点发送参考报文的时刻的差值；

基于每个其他参考节点对应的第四传输时延、对应的第五传输时延、预设时钟偏斜参考值，进行线性回归计算得到每个其他参考节点与公共参考节点的时钟偏斜。

可选地，对至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜，还包括：

基于每个其他参考节点对应的第四传输时延、对应的第五传输时延、每个其他参考节点与公共参考节点的时钟偏斜，进行线性回归计算得到更新的每个其他参考节点与公共参考节点的时钟偏斜。

可选地，在获取至少3个参考节点中公共参考节点与其他参考节点进行多次参考报文交互时的多普勒频移之前，该方法还包括；

根据线性优化算法对每个参考节点的参考报文发射时刻进行优化得到优化发射时刻，使在预设时间段内能接收到所有参考节点的参考报文的目标定位节点的个数最大。

第二方面，本申请实施例提供了一种水声定位装置，该装置包括：

节点获取模块，用于获取至少3个参考节点和每个参考节点的位置信息；

时间同步模块，用于对至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜，所述公共参考节点为所述至少3个参考节点中任意的参考节点，所述其他参考节点为所述至少3个参考节点中除公共参考节点以外的参考节点；

第一传输时延获取模块，用于获取每个参考节点接收待定位节点的参考报文的时延得到第一传输时延；

第二传输时延获取模块，用于根据每个参考节点对应的时钟偏斜和第一传输时延得到对应的第二传输时延；

计算模块，用于对每个参考节点对应的第二传输时延进行线性回归计算得到对应的第三传输时延；

积分模块，用于获取每个参考节点与待定位节点进行参考报文交互时声速与水深度的相关信息；

定位模块，用于根根据每个参考节点的位置信息、对应的第三传输时延、对应的声速与水深度的相关信息获取待定位节点的位置信息。

可选地，时间同步模块包括：

频移获取模块，用于获取至少3个参考节点中公共参考节点与其他参考节点进行多次参考报文交互时的多普勒频移；

移动速度获取模块，用于根据多普勒频移获取公共参考节点与其他参考节点的相对移动速度；

移动距离获取模块，用于根据相对移动速度获取公共参考节点与其他参考节点的相对移动距离；

第四传输时延获取模块，用于根据相对移动距离分别获取公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的传输时延，将根据相对移动距离获取的传输时延作为第四传输时延；

第五传输时延获取模块，用于获取公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的第五传输时延，第五传输时延为其他参考节点接收到公共参考节点的参考报文的时刻与公共参考节点发送参考报文的时刻的差值；

子计算模块，用于基于每个其他参考节点对应的第四传输时延、对应的第五传输时延、预设时钟偏斜参考值，进行线性回归计算得到每个其他参考节点与公共参考节点的时钟偏斜。

可选地，该装置还包括发射时刻优化模块，用于根据线性优化算法对每个参考节点的参考报文发射时刻进行优化得到优化发射时刻，使在预设时间段内能接收到所有参考节点的参考报文的目标定位节点的个数最大。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如前面所述任一项的方法的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时执行如前面所述任一项的方法的步骤。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

通过本申请实施例提供的技术方案，降低了由于移动性带来的定位不精确问题，有效地补偿变化的传输时延，提高时间同步的精度；针对水下定位问题，提出通过选择最优的参考点集合和发射时刻来辅助提高定位精度；在前面基础上提出联合设计时间同步和定位，使两个过程能够共用参考报文，并有效地补偿水声环境中的分层效应，达到节约能量、相互辅助提高精度的目的。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例提供的一种水声定位方法的应用场景图；

图2为一个实施例提供的一种水声定位方法的流程示意图；

图3为一个实施例提供的一种水声定位装置的结构框图；

图4为一个是实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为一个实施例提供的一种水声定位方法的应用场景图。参考图1，该水声定位方法应用于水声定位系统。该水声定位系统包括参考节点集10(包括参考节点11、参考节点12、参考节点13)、待定位节点20。参考节点集10、待定位节点20均通过声波通信。待定位节点20获取参考节点(11、12、13)和每个参考节点(11、12、13)的位置信息；对至少3个参考节点(11、12、13)进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜；获取每个参考节点(11、12、13)接收到待定位节点20的参考报文的时延得到第一传输时延；根据每个参考节点(11、12、13)对应的时钟偏斜和第一传输时延得到对应的第二传输时延；对每个参考节点(11、12、13)对应的第二传输时延进行线性回归计算得到对应的第三传输时延；获取每个参考节点(11、12、13)与待定位节点20进行参考报文交互时声速与水深度的相关信息；根据每个参考节点(11、12、13)的位置信息、对应的第三传输时延、对应的声速与水深度的相关信息获取待定位节点20的位置信息。

参考节点(11、12、13)、待定位节点20均可以是水下机器人。参考节点集10中的参考节点(11、12、13)是已知位置信息的节点。

虽然时间同步与定位服务是密切相关的，但是它们通常作为独立的研究课题。传统上定位是从无线信号处理方向展开研究的，而时间同步则主要从协议设计的角度。以往联合设计的方法没有充分考虑到如何把时间同步和定位有效地结合以达到互相辅助的目的。在水声传感器网络中，时间同步和定位是密切地联系在一起的。基于时间戳的定位算法依赖于时间同步服务，另一方面，位置信息可以辅助时间同步算法估算传播延迟。同时，定位和时间同步都需要节点间交换参考消息报文，一个联合设计的战略，既可通过共享消息报文节省能耗，又可使两种服务互相辅助,提高彼此的精度。本申请对时间同步和定位做一个联合设计，并在算法设计过程中考虑了水下环境中的分层效应，由此带来的误差将得到补偿。

联合时间同步和定位设计算法的关键是使两个过程可以互相辅助提高彼此的精度。传播时延或距离是能够紧密地联系时间同步和定位过程的桥梁。通过考虑分层效应，传播时延与两点间距离可以实现更准确地互化。基于定位和同步都是优化的过程，时间同步完成后的时间戳可以辅助定位过程提高距离测量的精度，而定位完成后的两点间距离可辅助提高传播时延计算的精度。此外，考虑到连续的参考报文交互过程，通过使用先进的跟踪算法，定位的精度可进一步提高，也为定位中以粗劣的位置为前提奠定基础。

图2为一个实施例提供的一种水声定位方法的流程示意图，该水声定位处理方法包括以下步骤：

S100：获取至少3个参考节点和每个参考节点的位置信息。

具体地，参考节点为已知位置信息的节点，待定位节点通过与参考节点进行通信，通过信号到达时间差和参考节点的位置信息可以获知待定位节点的位置信息。

S200：对至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜。

具体地，公共参考节点为至少3个参考节点中任意的参考节点，其他参考节点为至少3个参考节点中除公共参考节点以外的参考节点。在水下环境计算传输时延过程中，由于在水声传感器网络中，节点会实时随着水流被动的移动，或节点主动移动，这些情况都会导致两点间的距离或传输时延随着时间而变化。这种移动性破坏了往返传输时延的对成型。因此参考节点之间时间不同步，参考节点之间不同步的时间差值为时钟偏斜。在所有参考节点中，选取一个参考节点作为公共参考节点，公共参考节点与其他参考节点进行往返通信，可以确定每个其他参考节点与公共参考节点的时钟偏斜。

S300：获取每个参考节点接收待定位节点的参考报文的时延得到第一传输时延。

具体地，待定位节点与每个参考节点分别通信，可以获取待定位节点向参考节点发送信号的发射时刻，和参考节点接收到待定位节点的发送信号的接收时刻，接收时刻与发射时刻的差值即为参考节点接收待定位节点的参考报文的时延。

S400：根据每个参考节点对应的时钟偏斜和第一传输时延得到对应的第二传输时延。

具体地，其他参考节点与公共参考节点之间存在时钟偏斜，参考节点的第一传输时延与时钟偏斜得到的第二传输时延可以消除时钟偏斜对定位的影响。

S500：对每个参考节点对应的第二传输时延进行线性回归计算得到对应的第三传输时延。

S600：获取每个参考节点与待定位节点进行参考报文交互时声速与水深度的相关信息。

具体地，由于声音在水下的速度随着温度、压力、盐度等外界条件的变化而变化，导致声音在水下并非按直线传输，而会随着深度的变化而弯曲。参考节点与待定位节点进行参考报文交互时参考报文是在水下环境中通过声波传输的，因此参考报文的传输与声速相关，而声速与水深度相关，这种分层效应会影响水声定位。位置信息为三维空间坐标，水深度为参考节点与待定位节点的位置信息中z轴方向的差值。

S700：根据每个参考节点的位置信息、对应的第三传输时延、对应的声速与水深度的相关信息获取待定位节点的位置信息。

具体地，根据到达时间差法，待定位节点与任意两个参考节点的距离差等于待定位节点与这两个参考节点进行参考报文交互时各个参考节点对应的第三传输时延与其对应的声速的乘积的差值。而每个参考节点对应的声速与该参考节点至待定位节点的水深度相关，即声速随着水深度变化，声速是水深度的积分。

在一个实施例中，步骤S100包括以下步骤：

从多个待参考节点中选取预设数量的待参考节点得到多组不同的包括预设数量的待参考节点的参考节点集，预设数量为至少3个。

具体地，在定位网络中节点的过程中，选择几何因子不同的参考节点集所产生的定位误差范围将有所不同。由于水声传感器网络中较长的传输时延，节点在等待接收从参考节点发出的参考报文时所发生的移动会对定位的精度产生不利影响。在移动场景中，节点在接收到第一个到最后一个参考报文的时间间隙内，所发生的移动会直接影响定位的结果。考虑到选择不同几何因子的参考节点集所产生的定位误差范围不同，并且由于水下传感器节点价格昂贵，节点数目通常不会特别多，因此遍历所有可能的参考节点的组合，通过比较误差范围，可以找到最优的参考节点集。

获取每个待参考节点的位置信息和目标定位节点的已知位置信息。

具体地，通过对已知位置信息的目标定位节点进行定位，可以从待参考节点中找到最终的参考节点集，参考节点集中包括多个参考节点。最终的参考节点集对于定位待定位节点误差最小。

根据每组参考节点集中每个待参考节点的位置信息、目标定位节点的位置信息，通过迭代最小二乘法计算得到目标定位节点通过每组参考节点集中的待参考节点定位的定位误差的均方误差集合。

具体地，例如，待参考节点有x个，每次定位需要y个参考节点，x>y，则每次从x个待参考节点中选取y个参考节点，则有多种组合的参考节点集。目标定位节点通过每组参考节点集中的y个参考节点进行定位，通过迭代最小二乘法估计可以得到每组参考节点集对应的定位误差的均方误差集合。

分别对每组参考节点集对应的定位误差的均方误差集合求平均值，得到每组参考节点集对应的均方误差平均值。

将均方误差平均值最小的参考节点集中的待参考节点作为参考节点。

具体地，均方误差平均值最小的参考节点集中的待参考节点对于定位带来的误差最小。

在一个实施例中，步骤S200包括以下步骤：

获取至少3个参考节点中公共参考节点与其他参考节点进行多次参考报文交互时的多普勒频移。

具体地，当传输时延具有对称性时，往返时延的一半表示传输时延。但是在水下环境，节点固有的移动性和水环境的移动性会破坏对称性。两节点间的相对移动将产生多普勒频移，而此频移可通过物理测量获得，采用多普勒频移来计算相对移动的速度进而推算相对移动距离，可提高传输时延计算的精度。

在计算传播时延时，由于往返传播时延的和是时钟偏斜的函数，因此只要获知往返传播时延的变化，即可准确计算它们。两点间传播时延变化的原因源于在参考报文交互过程中两点间相对移动了一定的距离，此相对移动的距离可通过相对移动速度和时间计算得出，而相对移动速度则可通过测量多普勒频移来估算。因此只要能获得多普勒频移即可更精确地计算传播时延。然而，多普勒频移是由移动性和时钟偏斜共同导致的，为了计算相对移动速度，需要提取出由于移动导致的频移。

根据多普勒频移获取公共参考节点与其他参考节点的相对移动速度。

根据相对移动速度获取公共参考节点与其他参考节点的相对移动距离。

具体地，通过多普勒频移可以获取到相对移动速度。通过相对移动速度可以获取到相对移动距离。

根据相对移动距离分别获取公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的传输时延，将根据相对移动距离获取的传输时延作为第四传输时延。

获取公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的第五传输时延，第五传输时延为其他参考节点接收到公共参考节点的参考报文的时刻与公共参考节点发送参考报文的时刻的差值。

具体地，第四传输时延是通过相对移动距离获得的，第五传输时延是通过参考报文的发射时刻与参考报文的接收时刻的差值获得的。由于存在时钟偏斜，第四传输时延与第五传输时延不相等。

基于每个其他参考节点对应的第四传输时延、对应的第五传输时延、预设时钟偏斜参考值，进行线性回归计算得到每个其他参考节点与公共参考节点的时钟偏斜。

在一个实施例中，步骤S200还包括以下步骤：

基于每个所述其他参考节点对应的第四传输时延、对应的第五传输时延、每个所述其他参考节点与所述公共参考节点的时钟偏斜，进行线性回归计算得到更新的每个所述其他参考节点与所述公共参考节点的时钟偏斜。

在一个实施例中，在获取至少3个参考节点中公共参考节点与其他参考节点进行多次参考报文交互时的多普勒频移之前，该水声定位方法还包括以下步骤：

根据线性优化算法对每个参考节点的参考报文发射时刻进行优化得到优化发射时刻，使在预设时间段内能接收到所有参考节点的参考报文的目标定位节点的个数最大。

具体地，利用线性优化算法来优化发射时刻，最大化在规定时间段内的能收到所有参考消息的被定位节点个数。

例如：定义三个参考节点(当然可以不止三个参考节点)，获取参考节点到所有目标定位节点的距离从而获取三个参考节点到所有目标定位节点的传输时延：

获取参考节点的发射时刻：T＝[t₁,t₂,t₃]

则参考节点的参考报文到达每个目标定位节点的接收时刻为参考节点到该目标定位节点的传输时延与发射时刻之和：

定义变量：

因此，此优化问题的目标为最大化θ：

用λ表示三个参考消息到达的时间差：

由于发射时刻必须为正值，我们可得到以下两个约束条件：

1.

2.

其中M为大正整数。对约束方程2可作如下解释。如果在时间段δ内没有收到所有的参考消息，则λ大于δ，将是一个小正数，则为正，因此要使约束方程2成立，θ必须是0，这与θ定义为0的条件符合。

同样，如果在时间段δ内收到了所有参考消息，将是负数，为正，因此要使约束方程2成立，θ可以是0或1。而由于最大化，θ倾向于1，也与θ定义为1的条件符合。由此证明约束方程2是正确并有意义的，因此可作为约束条件。

通过以上的办法可将此非线性优化问题转化为线性，并可用标准线性优化算法如Branch-and-Cut来求解。这个优化问题确定了每个参考消息的发射时刻，并减少了在传输过程中移动性的影响，提高定位的精度。

图3为一个实施例提供的一种水声定位装置的结构框图；参考图3，该装置包括：

节点获取模块100，用于获取至少3个参考节点和每个参考节点的位置信息。

时间同步模块200，用于对至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜，公共参考节点为至少3个参考节点中任意的参考节点，其他参考节点为至少3个参考节点中除公共参考节点以外的参考节点。

第一传输时延获取模块300，用于获取每个参考节点接收待定位节点的参考报文的时延得到第一传输时延。

第二传输时延获取模块400，用于根据每个参考节点对应的时钟偏斜和第一传输时延得到对应的第二传输时延。

计算模块500，用于对每个参考节点对应的第二传输时延进行线性回归计算得到对应的第三传输时延。

积分模块600，用于获取每个参考节点与待定位节点进行参考报文交互时声速与水深度的相关信息。

定位模块700，用于根根据每个参考节点的位置信息、对应的第三传输时延、对应的声速与水深度的相关信息获取待定位节点的位置信息。

在一个实施例中，节点获取模块100，包括：

组合模块，用于从多个待参考节点中选取预设数量的待参考节点得到多组不同的包括预设数量的待参考节点的参考节点集，预设数量为至少3个。

位置信息获取模块，用于获取每个待参考节点的位置信息和目标定位节点的已知位置信息。

均方误差获取模块，用于根据每组参考节点集中每个待参考节点的位置信息、目标定位节点的位置信息，通过迭代最小二乘法计算得到目标定位节点通过每组参考节点集中的待参考节点定位的定位误差的均方误差集合。

均值获取模块，用于分别对每组参考节点集对应的定位误差的均方误差集合求平均值，得到每组参考节点集对应的均方误差平均值。

比较模块，用于将均方误差平均值最小的参考节点集中的待参考节点作为参考节点。

在一个实施例中，时间同步模块200包括：

频移获取模块，用于获取至少3个参考节点中公共参考节点与其他参考节点进行多次参考报文交互时的多普勒频移。

移动速度获取模块，用于根据多普勒频移获取公共参考节点与其他参考节点的相对移动速度。

移动距离获取模块，用于根据相对移动速度获取公共参考节点与其他参考节点的相对移动距离。

第四传输时延获取模块，用于根据相对移动距离分别获取公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的传输时延，将根据相对移动距离获取的传输时延作为第四传输时延。

第五传输时延获取模块，用于获取公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的第五传输时延，第五传输时延为其他参考节点接收到公共参考节点的参考报文的时刻与公共参考节点发送参考报文的时刻的差值。

子计算模块，还用于基于每个其他参考节点对应的第四传输时延、对应的第五传输时延、预设时钟偏斜参考值，进行线性回归计算得到每个其他参考节点与公共参考节点的时钟偏斜。

在一个实施例中，时间同步模块200还包括：

子计算模块，用于基于每个其他参考节点对应的第四传输时延、对应的第五传输时延、每个其他参考节点与公共参考节点的时钟偏斜，进行线性回归计算得到更新的每个其他参考节点与公共参考节点的时钟偏斜。

在一个实施例中，该装置还包括：

发射时刻优化模块，用于根据线性优化算法对每个参考节点的参考报文发射时刻进行优化得到优化发射时刻，使在预设时间段内能接收到所有参考节点的参考报文的目标定位节点的个数最大。

应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

图4为一个是实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是图1中的待定位节点20。该计算机设备通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置、通信装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现水声定位方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行水声定位方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等；通信装置为待定位节点20与参考节点进行参考报文交互的接口。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获取至少3个参考节点和每个参考节点的位置信息；对至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜；获取每个参考节点接收到待定位节点的参考报文的时延得到第一传输时延；根据每个参考节点对应的时钟偏斜和第一传输时延得到对应的第二传输时延；对每个参考节点对应的第二传输时延进行线性回归计算得到对应的第三传输时延；获取每个参考节点与待定位节点进行参考报文交互时声速与水深度的相关信息；根据每个参考节点的位置信息、对应的第三传输时延、对应的声速与水深度的相关信息获取待定位节点的位置信息。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取至少3个参考节点和每个参考节点的位置信息；对至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜；获取每个参考节点接收到待定位节点的参考报文的时延得到第一传输时延；根据每个参考节点对应的时钟偏斜和第一传输时延得到对应的第二传输时延；对每个参考节点对应的第二传输时延进行线性回归计算得到对应的第三传输时延；获取每个参考节点与待定位节点进行参考报文交互时声速与水深度的相关信息；根据每个参考节点的位置信息、对应的第三传输时延、对应的声速与水深度的相关信息获取待定位节点的位置信息。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种水声定位方法，其特征在于，所述方法包括：

获取至少3个参考节点和每个所述参考节点的位置信息；

对所述至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜，所述公共参考节点为所述至少3个参考节点中任意的参考节点，所述其他参考节点为所述至少3个参考节点中除公共参考节点以外的参考节点；

获取每个所述参考节点接收待定位节点的参考报文的时延，得到第一传输时延；

根据每个所述参考节点对应的时钟偏斜和第一传输时延，得到对应的第二传输时延；

对每个所述参考节点对应的第二传输时延进行线性回归计算，得到对应的第三传输时延；

获取每个所述参考节点与待定位节点进行参考报文交互时声速与水深度的相关信息；

根据每个所述参考节点的位置信息、对应的第三传输时延、对应的声速与水深度的相关信息获取所述待定位节点的位置信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取至少3个参考节点和每个所述参考节点的位置信息，包括：

从多个待参考节点中选取预设数量的待参考节点得到多组不同的包括预设数量的待参考节点的参考节点集，所述预设数量为至少3个；

获取每个所述待参考节点的位置信息和目标定位节点的已知位置信息；

根据每组参考节点集中每个待参考节点的位置信息、目标定位节点的位置信息，通过迭代最小二乘法计算得到目标定位节点通过每组所述参考节点集中的待参考节点定位的定位误差的均方误差集合；

分别对每组所述参考节点集对应的定位误差的均方误差集合求平均值，得到每组所述参考节点集对应的均方误差平均值；

将均方误差平均值最小的参考节点集中的待参考节点作为参考节点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜，包括：

获取所述至少3个参考节点中公共参考节点与其他参考节点进行多次参考报文交互时的多普勒频移；

根据所述多普勒频移获取所述公共参考节点与其他参考节点的相对移动速度；

根据所述相对移动速度获取所述公共参考节点与其他参考节点的相对移动距离；

根据所述相对移动距离分别获取所述公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的传输时延，将根据所述相对移动距离获取的传输时延作为第四传输时延；

获取所述公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的第五传输时延，所述第五传输时延为其他参考节点接收到所述公共参考节点的参考报文的时刻与公共参考节点发送参考报文的时刻的差值；

基于每个所述其他参考节点对应的第四传输时延、对应的第五传输时延、预设时钟偏斜参考值，进行线性回归计算得到每个所述其他参考节点与所述公共参考节点的时钟偏斜。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜，还包括：

基于每个所述其他参考节点对应的第四传输时延、对应的第五传输时延、每个所述其他参考节点与所述公共参考节点的时钟偏斜，进行线性回归计算得到更新的每个所述其他参考节点与所述公共参考节点的时钟偏斜。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在获取所述至少3个参考节点中公共参考节点与其他参考节点进行多次参考报文交互时的多普勒频移之前，所述方法还包括；

根据线性优化算法对每个所述参考节点的参考报文发射时刻进行优化得到优化发射时刻，使在预设时间段内能接收到所有所述参考节点的参考报文的目标定位节点的个数最大。

6.一种水声定位装置，其特征在于，所述装置包括：

节点获取模块，用于获取至少3个参考节点和每个所述参考节点的位置信息；

时间同步模块，用于对所述至少3个参考节点进行时间同步分别得到公共参考节点与其他参考节点的时钟偏斜，所述公共参考节点为所述至少3个参考节点中任意的参考节点，所述其他参考节点为所述至少3个参考节点中除公共参考节点以外的参考节点；

第一传输时延获取模块，用于获取每个所述参考节点接收待定位节点的参考报文的时延，得到第一传输时延；

第二传输时延获取模块，用于根据每个所述参考节点对应的时钟偏斜和第一传输时延，得到对应的第二传输时延；

计算模块，用于对每个所述参考节点对应的第二传输时延进行线性回归计算，得到对应的第三传输时延；

积分模块，用于获取每个所述参考节点与待定位节点进行参考报文交互时声速与水深度的相关信息；

定位模块，用于根根据每个所述参考节点的位置信息、对应的第三传输时延、对应的声速与水深度的相关信息获取所述待定位节点的位置信息。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述时间同步模块包括：

频移获取模块，用于获取所述至少3个参考节点中公共参考节点与其他参考节点进行多次参考报文交互时的多普勒频移；

移动速度获取模块，用于根据所述多普勒频移获取所述公共参考节点与其他参考节点的相对移动速度；

移动距离获取模块，用于根据所述相对移动速度获取所述公共参考节点与其他参考节点的相对移动距离；

第四传输时延获取模块，用于根据所述相对移动距离分别获取所述公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的传输时延，将根据所述相对移动距离获取的传输时延作为第四传输时延；

第五传输时延获取模块，用于获取所述公共参考节点与其他参考节点进行参考报文交互时的第五传输时延，所述第五传输时延为其他参考节点接收到所述公共参考节点的参考报文的时刻与公共参考节点发送参考报文的时刻的差值；

子计算模块，用于基于每个所述其他参考节点对应的第四传输时延、对应的第五传输时延、预设时钟偏斜参考值，进行线性回归计算得到每个所述其他参考节点与所述公共参考节点的时钟偏斜。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括发射时刻优化模块，用于根据线性优化算法对每个所述参考节点的参考报文发射时刻进行优化得到优化发射时刻，使在预设时间段内能接收到所有所述参考节点的参考报文的目标定位节点的个数最大。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-5任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时执行如权利要求1-5任一项所述的方法的步骤。

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