本發明涉及無線通信距離估計和定位技術。

背景技術：

實際無線通信環境中，由于噪聲、環境和測量誤差等不良因素的影響，引起各通信距離估計結果具有不同程度的誤差，導致基于toa通信距離估計結果具有很強的不確定性，給通信距離估計精度提高的途徑和方法，以及通信距離值在定位計算等后續應用處理方法提出了挑戰。本發明針對上述問題，對基于toa通信距離估計過程中引起不確定性的因素進行敏感性分析，分析出導致不確定性的主要因素及機理，為改善距離估計精度方法提供指導。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決基于toa通信距離估計過程中的不確定性敏感性分析和傳播問題，提供一種基于toa通信距離估計的不確定性分析方法。

本發明所述的一種基于toa通信距離估計的不確定性分析方法包括以下步驟：

步驟一、系統中有2個無線傳感器節點，分別為無線通信發送節點和無線通信接收節點，它們都具有nanoloc無線射頻收發器，采用雙邊對等方法測量發送節點和接收節點之間無線通信時信號傳輸的時間t，并乘以無線信號在空氣中的傳輸速度v，得到兩個無線傳感器節點之間的通信距離估計值d，如公式(1)所示：

d＝vt(1)

其中，d為發送節點到接收節點之間的距離估計值，t表示接收節點與發送節點間距離為d時，發送節點和接收節點之間無線通信信號傳輸所用的時間，v表示無線電磁波信號在空氣介質中的傳輸速度，其值為3*10⁸m/s；

步驟二、由公式(1)可知，基于toa通信距離估計過程中不確定性因素是傳輸時間測量值t，采用偏微分的方法，求t在公式(1)中的偏導，獲得傳輸時間測量值不確定性影響距離估計結果的敏感因子st：

其中，敏感因子st表明傳輸時間t對通信距離估計d影響程度的大小；

步驟三、在發送節點和接收節點通信范圍內，當發送節點和接收節點間距離為任意值d時，發送節點和接收節點采用雙邊對等測量方法，通過它們的nanoloc無線射頻收發器，重復m次測量無線電信號在它們之間距離d傳輸所用的時間t，獲得m組傳輸時間t測量值{t1,t2,t3,…,tm,…,tm}，其中m和m為正整數，且1≤m≤m，10≤m≤50，并對其進行統計計算，如公式(3)和公式(4)所示，得到t值的統計均值t_u和標準差t_σ，其中統計均值t_u作為t的最終測量值，統計標準差t_σ作為t的最終測量值的不確定度，本發明中m為用戶設定的參數，m取值20；

步驟四、基于toa的通信距離d估計結果d_u如公式(5)所示，通信距離d估計結果的不確定度d_σ如公式(6)所示：

其中，d_σ為通信距離d估計結果d_u的不確定程度的大小，表示估計結果的可信賴程度，也與距離估計結果的置信概率相對應，也為后續無線定位等處理方法提供先驗和決策信息；

步驟五、無線發送節點判斷距離估計任務是否完成，若是，則停止距離估計及其不確定性分析，否則，繼續執行步驟三到步驟六。

附圖說明

圖1為一種基于toa通信距離估計的不確定性分析方法的流程圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種基于toa通信距離估計的不確定性分析方法包括以下步驟：

步驟一、系統中有2個無線傳感器節點，分別為無線通信發送節點和無線通信接收節點，它們都具有nanoloc無線射頻收發器，采用雙邊對等方法測量發送節點和接收節點之間無線通信時信號傳輸的時間t，并乘以無線信號在空氣中的傳輸速度v，得到兩個無線傳感器節點之間的通信距離估計值d，如公式(1)所示：

d＝vt(1)

其中，d為發送節點到接收節點之間的距離估計值，t表示接收節點與發送節點間距離為d時，發送節點和接收節點之間無線通信信號傳輸所用的時間，v表示無線電磁波信號在空氣介質中的傳輸速度，其值為3*10⁸m/s；

步驟二、由公式(1)可知，基于toa通信距離估計過程中不確定性因素是傳輸時間測量值t，采用偏微分的方法，求t在公式(1)中的偏導，獲得傳輸時間測量值不確定性影響距離估計結果的敏感因子st：

其中，敏感因子st表明傳輸時間t對通信距離估計d影響程度的大小；

步驟三、在發送節點和接收節點通信范圍內，當發送節點和接收節點間距離為任意值d時，發送節點和接收節點采用雙邊對等測量方法，通過它們的nanoloc無線射頻收發器，重復m次測量無線電信號在它們之間距離d傳輸所用的時間t，獲得m組傳輸時間t測量值{t1,t2,t3,…,tm,…,tm}，其中m和m為正整數，且1≤m≤m，10≤m≤50，并對其進行統計計算，如公式(3)和公式(4)所示，得到t值的統計均值t_u和標準差t_σ，其中統計均值t_u作為t的最終測量值，統計標準差t_σ作為t的最終測量值的不確定度，本發明中m為用戶設定的參數，m取值20；

步驟四、基于toa的通信距離d估計結果d_u如公式(5)所示，通信距離d估計結果的不確定度d_σ如公式(6)所示：

其中，d_σ為通信距離d估計結果d_u的不確定程度的大小，表示估計結果的可信賴程度，也與距離估計結果的置信概率相對應，也為后續無線定位等處理方法提供先驗和決策信息；

步驟五、無線發送節點判斷距離估計任務是否完成，若是，則停止距離估計及其不確定性分析，否則，繼續執行步驟三到步驟六。

具體實施方案二，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種基于toa通信距離估計的不確定性分析方法的步驟四作進一步說明，本實施方式中，通信距離d估計結果在區間[u_d-σ_du_d+σ_d]的概率為68.26％，通信距離d估計結果在區間[u_d-2*σ_du_d+2*σ_d]的概率為95.44％，通信距離d估計結果在區間[u_d-3*σ_du_d+3*σ_d]的概率為99.73％。

具體實施方案三，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種基于toa通信距離估計的不確定性分析方法作進一步說明，其特征在于采用偏微分的方法，獲得通信距離估計過程中傳輸時間測量的不確定性的敏感因子，評估傳輸時間測量的不確定度對距離結果的影響程度大小，為改善距離估計精度的方法提供重要的參考信息。

具體實施方案四，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種基于toa通信距離估計的不確定性分析方法作進一步說明，本實施方式中，從理論本質上，分析出導致距離估計誤差產生的主要因素和機理。

具體實施方案四，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種基于toa通信距離估計的不確定性分析方法作進一步說明，本實施方式中，通過不確定性傳播分析，獲得通信距離估計結果及其不確定性，為后續無線定位等應用處理方法提供重要的先驗參考信息。