專利名稱：基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種錨節點信號到達時間差定位方法及系統，尤其涉及一種基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法及系統。
背景技術：
現有的基于超寬帶信號的多節點到達時間差定位方法需要錨節點之間精確同步， 存在的問題是(I)錨節點之間通過連接導線進行同步，這樣會增加系統的成本，而且影響系統的靈活性。(2)在無線的情況下，很難做到錨節點之間的精確同步，兩個錨節點之間Ins的同步誤差就會導致30cm的測距誤差，從而導致很大的定位誤差，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候錨節點之間達到了精確同步，由于節點內晶振頻率的不同，隨著時間的推移，錨節點之間會重新不同步。此時就需要再進行一次同步，重復的同步過程會導致網絡能耗的增加，影響網絡的壽命，這在能量受限的小范圍網絡中(比如 WPAN，無線個域網)同樣是不可接受的。

發明內容
本發明解決的技術問題是構建一種基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法及系統，克服現有技術錨節點之間不能精確同步和網絡能耗大的技術問題。本發明的技術方案是構建一種基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法，包括至少四個位置已知的且時鐘不同步的錨節點AN (Anchor Node，錨節點，簡稱“AN”)， 多個待測目標節點TN(Target Node,目標節點，簡稱“TN”)，所述多節點異步到達時間差定位方法包括如下步驟啟動定位選定任一個錨節點AN，由錨節點AN向整個網絡其它節點廣播其自身的位置；獲取到達時間其它錨節點AN收到所述選定錨節點AN的信號后立刻廣播其各自的位置，待測目標節點TN收到各個錨節點AN的信號后分別記錄其信號到達該待測目標節點TN的時間；計算待測目標節點的位置根據其它各個錨節點AN的信號到達該待測目標節點 TN的時間與選定的錨節點AN的信號到達該待測目標節點TN時間的差，得出該待測目標節點的位置。本發明的進一步技術方案是在計算待測目標節點的位置步驟中，包括得出信號從選定錨節點AN經過其它錨節點AN到達待測目標節點TN經過的距離。本發明的進一步技術方案是在計算待測目標節點的位置步驟中，包括得出信號直接從選定錨節點AN到達待測目標節點TN的距離。本發明的進一步技術方案是在計算待測目標節點的位置步驟中，獲取其它錨節點AN到選定錨節點AN的距離。本發明的進一步技術方案是在計算待測目標節點的位置步驟中，包括將各個錨節點AN的信號到達該待測目標節點TN的時間與選定的錨節點AN的信號到達該待測目標節點TN時間的差轉換為距離差。本發明的技術方案是構建一種基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位系統，包括至少四個位置已知的且時鐘不同步的錨節點AN，多個待測目標節點TN，所述錨節點AN包括發射信號的發射單元及接收信號的接收單元，所述待測目標節點包括接收信號的接收單元及進行計算處理的處理器單元，所述接收單元包括獲取錨節點信號到達時間的時間獲取模塊，所述處理器單元包括計算待測目標節點位置的計算模塊，所述錨節點AN的發射單元向整個網絡其它節點廣播其自身的位置；所述到達時間獲取模塊獲取錨節點AN 的信號到達該待測目標節點TN的時間；所述計算模塊根據其它各個錨節點AN到達該待測目標節點TN的時間與選定的錨節點AN到達該待測目標節點TN時間的差，得出該待測目標節點的位置。本發明的技術效果是構建一種基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法及系統，包括至少四個位置已知的且時鐘不同步的錨節點AN，多個待測目標節點TN，所述多節點異步到達時間差定位方法包括如下步驟選定任一個錨節點AN，由錨節點AN向整個網絡其它節點廣播其自身的位置；其它錨節點AN收到所述選定錨節點AN的信號后廣播其各自的位置，待測目標節點TN收到錨節點AN的信號后分別記錄其信號到達該待測目標節點TN的時間；根據其它各個錨節點AN到達該待測目標節點TN的時間與選定的錨節點AN 到達該待測目標節點TN時間的差，得出該待測目標節點的位置。本發明涉及一種基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法及系統，克服現有到達時間差方法中錨節點同步的問題，使定位系統更加簡單，而且由于沒有同步過程，節約了能量，具有很高的能效性。


圖I為本發明已知錨節點和待測目標節點分布示意圖。
圖2為本發明已知錨節點和待測目標節點定位示意圖。
圖3為本發明已知錨節點和待測目標節點確定待測目標節點位置示意圖。
圖4為本發明定位流程圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，對本發明技術方案進一步說明。
如圖I、圖2、圖3、圖4所示，本發明的具體實施方式
是構建一種基于超寬帶信號
的多節點異步到達時間差定位方法，包括至少四個位置已知的且時鐘不同步的錨節點AN， 多個待測目標節點TN，由于待測目標節點TN的數目是沒有限制的，而且待測目標節點TN之間相互獨立，可以同時完成定位。不失一般性，為了簡單起見，考慮二維平面的情況，對一個目標進行定位，定位示意圖如圖2所示。 所述多節點異步到達時間差定位方法包括如下步驟
步驟100 :啟動定位，即選定任一個錨節點AN1,由錨節點AN1向整個網絡其它節點廣播其自身的位置。具體實施例中，在布置網絡的時候選定一個I號錨節點AN1，由AN1向整個網絡廣播自己的位置來啟動定位。步驟200 :獲取到達時間，即其它錨節點ANiQ = 2，3，……，M)收到所述選定錨節點AN1的信號后廣播其各自的位置，待測目標節點TN收到錨節點AN的信號后分別記錄其信號到達該待測目標節點TN的時間。具體實施過程如下當其它錨節點ANiQ = 2,3,……， M)收到選定錨節點AN1的信號后，立即廣播各自的位置；同時當待測目標節點TN收到選定錨節點AN1的信號后記錄此信號的到達時間h，待測目標節點TN記錄其它錨節點ANi (i =
2,3,……，Μ)信號的到達時間步驟300 :計算待測目標節點的位置，即根據其它各個錨節點AN到達該待測目標節點TN的時間與選定的錨節點AN1到達該待測目標節點TN時間的差，得出該待測目標節點的位置。如圖3所示，具體實施過程如下根據其它各個錨節點AN的信號到達該待測目標節點TN的時間與選定的錨節點AN1的信號到達該待測目標節點TN時間，將不同信號的到達時間轉化為到達時間差，即將其它各個錨節點AN的信號到達該待測目標節點TN的時間與選定的錨節點AN1的信號到達該待測目標節點TN時間的差，并結合已知錨節點的位置來計算自己的位置。其中到達時間差是這樣得到的如式1，利用t減去h，從而得到M-I個到達時間差的值。假設錨節點ANi的位置向量用P = [Xi yi]T表示，待測目標節點TN的位置用p =T表示，dn表示ANiQ = 2,3, ......,M)與AN1之間的距離,這是一個常量。rn表示信
號從選定錨節點AN1通過ANi (i = 2，3，……，Μ)到達待測目標節點TN經過的距離與信號直接從選定錨節點AN1到達待測目標節點TN經過的距離之差。c代表光速。這樣，計算待測目標節點TN的位置就相當于是解一組雙曲線的方程
權利要求
1.一種基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法，其特征在于，包括至少四個位置已知的且時鐘不同步的錨節點AN，多個待測的目標節點TN，所述多節點異步到達時間差定位方法包括如下步驟啟動定位選定任一個錨節點AN，由這個錨節點AN向整個網絡其它節點廣播其自身的位置；獲取到達時間其它錨節點AN收到所述選定錨節點AN的信號后立刻廣播其各自的位置，同時待測目標節點TN收到各個錨節點AN的信號后分別記錄其信號到達該待測目標節點TN的時間；計算待測目標節點的位置根據其它各個錨節點AN的信號到達該待測目標節點TN的時間與選定的錨節點AN的信號到達該待測目標節點TN時間的差，得出該待測目標節點的位置。
2.根據權利要求I所述基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法，其特征在于，在計算待測目標節點的位置步驟中，包括得出信號從選定錨節點AN經過其它錨節點AN 到達待測目標節點TN經過的距離。
3.根據權利要求I所述基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法，其特征在于，在計算待測目標節點的位置步驟中，包括得出信號直接從選定錨節點AN到達待測目標節點TN的距離。
4.根據權利要求I所述基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法，其特征在于，在計算待測目標節點的位置步驟中，獲取其它錨節點AN到選定錨節點AN的距離。
5.根據權利要求I所述基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法，其特征在于，在計算待測目標節點的位置步驟中，包括將各個錨節點AN的信號到達該待測目標節點 TN的時間與選定的錨節點AN的信號到達該待測目標節點TN時間的差轉換為距離差。
6.一種基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位系統，其特征在于，包括至少四個位置已知的且時鐘不同步的錨節點AN，多個待測目標節點TN，所述錨節點AN包括發射信號的發射單元及接收信號的接收單元，所述待測目標節點包括接收信號的接收單元及進行計算處理的處理器單元，所述接收單元包括獲取錨節點信號到達時間的時間獲取模塊，所述處理器單元包括計算待測目標節點位置的計算模塊，所述錨節點AN的發射單元向整個網絡其它節點廣播其自身的位置；所述到達時間獲取模塊獲取錨節點AN的信號到達該待測目標節點TN的時間；所述計算模塊根據其它各個錨節點AN的信號到達該待測目標節點 TN的時間與選定的錨節點AN的信號到達該待測目標節點TN時間的差，得出該待測目標節點的位置。
全文摘要
本發明涉及一種基于超寬帶信號的多節點異步到達時間差定位方法及系統，克服現有到達時間差方法中錨節點同步的問題，使定位系統更加簡單，而且由于沒有同步過程，節約了能量，具有很高的能效性。
文檔編號H04W64/00GK102595593SQ20121000860
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者張紅, 張欽宇, 張霆廷, 田旋旋, 鄒洪良, 陳方曉 申請人:哈爾濱工業大學深圳研究生院