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进入新世纪以来，随着陆地资源的日益枯竭，世界各国纷纷把目光投向海洋这一蕴藏丰富资源的宝库。海洋是人类生存活动十分重要的领域，随着人类社会的不断发展，人们需要借助海洋中部署水声传感器网络进行海洋研究。由于水声信道是一个十分复杂的时-空-频变参随机多径传输的信道，加上它的环境噪声高、带宽窄、可适用的载波频率低和传输的时延大等特点，使得水声传感器网络面临着—些特殊的挑战，这些挑战要求新的架构和协议来保证水声传感器网络的传输性能。
水声传感器网络节点定位技术作为水声传感器网络的关键技术之一，在数据标识和收集、水下节点跟踪和探测目标节点位置信息等方面都有广泛的应用，并且水声传感器网络节点定位还可以用来提高水声传感器网络中介质访问控制层和路由协议层的性能，因此水声传感器网络节点定位技术在传感器网络研究中具有重要的意义。近些年来，水声传感器网络节点定位技术已逐渐成为一个科学研究的热点。
本论文主要研究水声传感器网络节点定位技术，针对现有水声传感器网络的框架，设计了一种基于跨层的水声传感器网络节点定位系统，并将整个系统分为两个子系统进行研究:即基于短基线的主节点定位系统和基于大规模传感器网络的子节点定位系统，在研究分析不同的定位模型及测距算法上，构建不同的定位平台，通过仿真、水池实验和厦门五缘湾海域实验验证了定位平台的可行性和定位算法的性能。
本论文主要研究工作和成果如下:
(1)针对水声传感器网络的框架，设计了一种基于跨层的水声传感器网络节点定位系统。该定位系统主要由若干海面浮标节点、大量的主节点和子节点构成。在主链路和副链路的通信机制下，我们又将整个系统分为基于短基线的主节点定位系统和基于大规模传感器网络的子节点定位系统进行研究。针对水声传感器大规模网络节点定位的特性，提出一种新的跨层研究架构，即在网络节点定位中主要研究三个层，分别为物理层，数据链路层以及应用层，进一步完善整个定位系统的研究基础。
(2)针对传统的短基线定位系统，设计了一套改进的基于短基线的主节点定位系统。对于该系统的关键技术进行研究，主要应用分析不同的定位模型，重点对比不同的测距算法，并进行了定位信号的选择和有效声速的测量。从定位精度考虑上在系统平台中利用了双曲定位数学模型和广义互相关时延估计算法，并采用线性调频信号为定位信号和时延差声速测量的方法。在LabVIEW软件和相应的硬件设备上进行了整个平台的设计搭建，并在水池实验和五缘湾海域实验环境中进行了定位实验，证明了该定位系统的可靠性。
(3)针对大规模传感器网络节点的特性，设计了一套基于大规模水声传感器网络的子节点定位系统。在定位算法中，详细分析Range-Free定位算法的基础上，提出了一种新的Range-Free定位算法:W-Centroid。W-Centroid算法是针对Centroid和APIT这两种Range-Free定位算法的改进，通过利用权值信息，提高目标节点的定位精度。在迭代算法中，利用三角鲁棒性作为迭代参考，进行大规模节点迭代定位策略。在OPNET软件上对大规模传感器网络的子节点定位系统进行了三层协议平台的搭建，并在数据链路层中加入了S-ALOHA协议，增加了大规模网络节点的真实性，通过仿真实验证明了该大规模传感器网络子节点定位的可行性和W-Centroid定位算法的良好性能。
本文针对水声传感器网络节点定位面临的主要问题进行了详细分析和研究，并提出了两种系统进行定位研究的解决方案，其研究成果具有一定的理论指导意义和实际应用前景。