專利名稱：基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)到達(dá)時(shí)間差定位方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)到達(dá)時(shí)間差定位方法需要錨節(jié)點(diǎn)之間精確同步， 存在的問題是(I)錨節(jié)點(diǎn)之間通過連接導(dǎo)線進(jìn)行同步，這樣會(huì)增加系統(tǒng)的成本，而且影響系統(tǒng)的靈活性。(2)在無線的情況下，很難做到錨節(jié)點(diǎn)之間的精確同步，兩個(gè)錨節(jié)點(diǎn)之間Ins的同步誤差就會(huì)導(dǎo)致30cm的測(cè)距誤差，從而導(dǎo)致很大的定位誤差，這在小范圍(比如IOOm2)定位中是不可接受的。(3)即使在定位開始的時(shí)候錨節(jié)點(diǎn)之間達(dá)到了精確同步，由于節(jié)點(diǎn)內(nèi)晶振頻率的不同，隨著時(shí)間的推移，錨節(jié)點(diǎn)之間會(huì)重新不同步。此時(shí)就需要再進(jìn)行一次同步，重復(fù)的同步過程會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能耗的增加，影響網(wǎng)絡(luò)的壽命，這在能量受限的小范圍網(wǎng)絡(luò)中(比如 WPAN，無線個(gè)域網(wǎng))同樣是不可接受的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是構(gòu)建一種基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法及系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)錨節(jié)點(diǎn)之間不能精確同步和網(wǎng)絡(luò)能耗大的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)建一種基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法，包括至少四個(gè)位置已知的且時(shí)鐘不同步的錨節(jié)點(diǎn)AN (Anchor Node，錨節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)稱“AN”)， 多個(gè)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN(Target Node,目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)稱“TN”)，所述多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法包括如下步驟啟動(dòng)定位選定任一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN，由錨節(jié)點(diǎn)AN向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)其它節(jié)點(diǎn)廣播其自身的位置；獲取到達(dá)時(shí)間其它錨節(jié)點(diǎn)AN收到所述選定錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)后立刻廣播其各自的位置，待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN收到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)后分別記錄其信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間；計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置根據(jù)其它各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn) TN的時(shí)間與選定的錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN時(shí)間的差，得出該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置步驟中，包括得出信號(hào)從選定錨節(jié)點(diǎn)AN經(jīng)過其它錨節(jié)點(diǎn)AN到達(dá)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN經(jīng)過的距離。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置步驟中，包括得出信號(hào)直接從選定錨節(jié)點(diǎn)AN到達(dá)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的距離。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置步驟中，獲取其它錨節(jié)點(diǎn)AN到選定錨節(jié)點(diǎn)AN的距離。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是在計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置步驟中，包括將各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間與選定的錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN時(shí)間的差轉(zhuǎn)換為距離差。本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)建一種基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位系統(tǒng)，包括至少四個(gè)位置已知的且時(shí)鐘不同步的錨節(jié)點(diǎn)AN，多個(gè)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN，所述錨節(jié)點(diǎn)AN包括發(fā)射信號(hào)的發(fā)射單元及接收信號(hào)的接收單元，所述待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)包括接收信號(hào)的接收單元及進(jìn)行計(jì)算處理的處理器單元，所述接收單元包括獲取錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)到達(dá)時(shí)間的時(shí)間獲取模塊，所述處理器單元包括計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置的計(jì)算模塊，所述錨節(jié)點(diǎn)AN的發(fā)射單元向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)其它節(jié)點(diǎn)廣播其自身的位置；所述到達(dá)時(shí)間獲取模塊獲取錨節(jié)點(diǎn)AN 的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間；所述計(jì)算模塊根據(jù)其它各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間與選定的錨節(jié)點(diǎn)AN到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN時(shí)間的差，得出該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。本發(fā)明的技術(shù)效果是構(gòu)建一種基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法及系統(tǒng)，包括至少四個(gè)位置已知的且時(shí)鐘不同步的錨節(jié)點(diǎn)AN，多個(gè)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN，所述多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法包括如下步驟選定任一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN，由錨節(jié)點(diǎn)AN向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)其它節(jié)點(diǎn)廣播其自身的位置；其它錨節(jié)點(diǎn)AN收到所述選定錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)后廣播其各自的位置，待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN收到錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)后分別記錄其信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間；根據(jù)其它各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間與選定的錨節(jié)點(diǎn)AN 到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN時(shí)間的差，得出該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。本發(fā)明涉及一種基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法及系統(tǒng)，克服現(xiàn)有到達(dá)時(shí)間差方法中錨節(jié)點(diǎn)同步的問題，使定位系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，而且由于沒有同步過程，節(jié)約了能量，具有很高的能效性。


圖I為本發(fā)明已知錨節(jié)點(diǎn)和待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)分布示意圖。
圖2為本發(fā)明已知錨節(jié)點(diǎn)和待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位示意圖。
圖3為本發(fā)明已知錨節(jié)點(diǎn)和待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)確定待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置示意圖。
圖4為本發(fā)明定位流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
如圖I、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是構(gòu)建一種基于超寬帶信號(hào)
的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法，包括至少四個(gè)位置已知的且時(shí)鐘不同步的錨節(jié)點(diǎn)AN， 多個(gè)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN，由于待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的數(shù)目是沒有限制的，而且待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN之間相互獨(dú)立，可以同時(shí)完成定位。不失一般性，為了簡(jiǎn)單起見，考慮二維平面的情況，對(duì)一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行定位，定位示意圖如圖2所示。 所述多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法包括如下步驟
步驟100 :啟動(dòng)定位，即選定任一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN1,由錨節(jié)點(diǎn)AN1向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)其它節(jié)點(diǎn)廣播其自身的位置。具體實(shí)施例中，在布置網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候選定一個(gè)I號(hào)錨節(jié)點(diǎn)AN1，由AN1向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播自己的位置來啟動(dòng)定位。步驟200 :獲取到達(dá)時(shí)間，即其它錨節(jié)點(diǎn)ANiQ = 2，3，……，M)收到所述選定錨節(jié)點(diǎn)AN1的信號(hào)后廣播其各自的位置，待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN收到錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)后分別記錄其信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間。具體實(shí)施過程如下當(dāng)其它錨節(jié)點(diǎn)ANiQ = 2,3,……， M)收到選定錨節(jié)點(diǎn)AN1的信號(hào)后，立即廣播各自的位置；同時(shí)當(dāng)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN收到選定錨節(jié)點(diǎn)AN1的信號(hào)后記錄此信號(hào)的到達(dá)時(shí)間h，待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN記錄其它錨節(jié)點(diǎn)ANi (i =
2,3,……，Μ)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間步驟300 :計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置，即根據(jù)其它各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間與選定的錨節(jié)點(diǎn)AN1到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN時(shí)間的差，得出該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。如圖3所示，具體實(shí)施過程如下根據(jù)其它各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間與選定的錨節(jié)點(diǎn)AN1的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN時(shí)間，將不同信號(hào)的到達(dá)時(shí)間轉(zhuǎn)化為到達(dá)時(shí)間差，即將其它各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間與選定的錨節(jié)點(diǎn)AN1的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN時(shí)間的差，并結(jié)合已知錨節(jié)點(diǎn)的位置來計(jì)算自己的位置。其中到達(dá)時(shí)間差是這樣得到的如式1，利用t減去h，從而得到M-I個(gè)到達(dá)時(shí)間差的值。假設(shè)錨節(jié)點(diǎn)ANi的位置向量用P = [Xi yi]T表示，待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的位置用p =T表示，dn表示ANiQ = 2,3, ......,M)與AN1之間的距離,這是一個(gè)常量。rn表示信
號(hào)從選定錨節(jié)點(diǎn)AN1通過ANi (i = 2，3，……，Μ)到達(dá)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN經(jīng)過的距離與信號(hào)直接從選定錨節(jié)點(diǎn)AN1到達(dá)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN經(jīng)過的距離之差。c代表光速。這樣，計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的位置就相當(dāng)于是解一組雙曲線的方程
權(quán)利要求
1.一種基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法，其特征在于，包括至少四個(gè)位置已知的且時(shí)鐘不同步的錨節(jié)點(diǎn)AN，多個(gè)待測(cè)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN，所述多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法包括如下步驟啟動(dòng)定位選定任一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN，由這個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)其它節(jié)點(diǎn)廣播其自身的位置；獲取到達(dá)時(shí)間其它錨節(jié)點(diǎn)AN收到所述選定錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)后立刻廣播其各自的位置，同時(shí)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN收到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)后分別記錄其信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間；計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置根據(jù)其它各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間與選定的錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN時(shí)間的差，得出該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法，其特征在于，在計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置步驟中，包括得出信號(hào)從選定錨節(jié)點(diǎn)AN經(jīng)過其它錨節(jié)點(diǎn)AN 到達(dá)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN經(jīng)過的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法，其特征在于，在計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置步驟中，包括得出信號(hào)直接從選定錨節(jié)點(diǎn)AN到達(dá)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法，其特征在于，在計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置步驟中，獲取其它錨節(jié)點(diǎn)AN到選定錨節(jié)點(diǎn)AN的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法，其特征在于，在計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置步驟中，包括將各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn) TN的時(shí)間與選定的錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN時(shí)間的差轉(zhuǎn)換為距離差。
6.一種基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位系統(tǒng)，其特征在于，包括至少四個(gè)位置已知的且時(shí)鐘不同步的錨節(jié)點(diǎn)AN，多個(gè)待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN，所述錨節(jié)點(diǎn)AN包括發(fā)射信號(hào)的發(fā)射單元及接收信號(hào)的接收單元，所述待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)包括接收信號(hào)的接收單元及進(jìn)行計(jì)算處理的處理器單元，所述接收單元包括獲取錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)到達(dá)時(shí)間的時(shí)間獲取模塊，所述處理器單元包括計(jì)算待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置的計(jì)算模塊，所述錨節(jié)點(diǎn)AN的發(fā)射單元向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)其它節(jié)點(diǎn)廣播其自身的位置；所述到達(dá)時(shí)間獲取模塊獲取錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN的時(shí)間；所述計(jì)算模塊根據(jù)其它各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn) TN的時(shí)間與選定的錨節(jié)點(diǎn)AN的信號(hào)到達(dá)該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)TN時(shí)間的差，得出該待測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于超寬帶信號(hào)的多節(jié)點(diǎn)異步到達(dá)時(shí)間差定位方法及系統(tǒng)，克服現(xiàn)有到達(dá)時(shí)間差方法中錨節(jié)點(diǎn)同步的問題，使定位系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，而且由于沒有同步過程，節(jié)約了能量，具有很高的能效性。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102595593SQ20121000860
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者張紅, 張欽宇, 張?chǎng)? 田旋旋, 鄒洪良, 陳方曉 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院