水下GPS定位系统综合了浮标网络技术、水声定位技术以及GPS卫星定位技术,可有效地为大海域水下目标进行定位和跟踪。与之相应的水下GPS定位技术处于当前水下定位技术发展的前沿,在商业和军事领域均具有广泛的应用前景与巨大的应用价值。论文选择水下GPS定位技术进行研究,对人类全面深入地认识、开发利用和保护海洋,具有重大的战略意义。论文提出了基于无线传感器网络的浮标网络水下GPS定位系统模型,分析了该模型的结构、功能以及工作过程,并从几何角度探讨了水下目标的声学定位算法。结合Range-Free算法与分布式算法的思想,设计了一种传感器节点自定位算法,称为BSR(Beacons Signal Ring)定位算法,并对该算法的性能进行了评估与比较。该算法在锚节点处的信标信号中引入能量等级的机制,无需相邻传感器节点间信息交换,有效降低了算法复杂度与通信开销。性能分析结果显示,该算法性能良好,在应用环境下相比于APIT算法与质心算法具有更低的位置估计误差。论文还研究了基于双元检测传感器的协作式的目标跟踪策略,对相应的跟踪过程进行了描述。提出了使用加权质心算法的目标位置估计模型,以及线性预测机制,使跟踪过程具有较小的计算和通信代价。