一种基于网络级时钟同步的室内超声波定位方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感器网络定位技术领域，特别是指一种基于网络级时钟同步的室内超声波定位方法及系统。
【背景技术】
[0002]近年来，定位技术的应用越来越广泛，室外定位最常用的方法是GPS，但GPS在室内没法接收到信号，因此在室内无法使用。数据业务和多媒体业务的快速发展使得人们对定位与导航的需求日益增大，室内环境相比室外会更加复杂，尤其是在停车场、机场、超市、博物馆等，常常需要确定设施或终端持有者的位置，这就需要室内定位技术的支持。
[0003]常见的室内定位技术主要有:Wifi定位、超声定位、蓝牙定位等。这其中超声定位系统具有结构简单、实用性强、成本低、定位精准等优点，具有广泛的用途。
[0004]超声定位一般使用的是一种基于测距技术的定位方法，在定位目标节点之前，需要测量出目标节点与多个已知节点之间的距离，根据距离信息和已知节点的坐标，来计算未知节点的坐标。在测距技术中又分为基于到达时间(TOA)、基于到达时间差(TDOA)等方法。传统的超声定位使用的测距方法为TDOA方法，在测量两个节点之间的距离时，利用两个节点之间射频和超声到达的时间差来计算两个节点之间的距离，每次测距的过程中都必须发送一包射频数据，当单位时间内测距次数增加时，会对网络负载造成一定压力，同时也会增加节点的功耗，缩短其生存周期。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种基于网络级时钟同步的室内超声波定位方法及系统，以解决现有技术所存在的传统超声定位方法网络负载压力大、节点功耗大、生存周期短的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于网络级时钟同步的室内超声波定位方法，包括:
[0007]获取网络中基站节点的位置信息；
[0008]将定位节点加入所述网络中，利用网络级时钟同步的超声波测距法，测得所述定位节点与至少3个基站节点之间的距离；
[0009]结合所述至少3个基站节点的位置信息，对测得的距离信息进行处理，确定所述定位节点的位置信息。
[0010]可选地，所述网络中所有节点之间的时钟是同步的，且所有节点之间能够进行网络通信，所述节点包括:基站节点和定位节点。
[0011]可选地，所述网络级时钟同步的超声波测距法包括:
[0012]利用网络级别的时钟同步，每次测距时，超声波发送端的节点触发相应的超声波探头模块发送超声波的同时，所述超声波接收端的节点会开始计时；
[0013]当所述超声波接收端的节点接收到所述超声波信号时，所述超声波接收端的节点停止计时；
[0014]根据停止计时与开始计时之间的时间差确定超声波发送端的节点和超声波接收端的节点之间的距离。
[0015]可选地，所述将定位节点加入所述网络中，利用网络级时钟同步的超声波测距法，测得所述定位节点与至少3个基站节点之间的距离包括:
[0016]当网络中有多个定位节点时，利用网络级时钟同步的超声波测距法，对基站节点与各个定位节点周期性的进行测距。
[0017]可选地，所述结合所述至少3个基站节点的位置信息，对测得的距离信息进行处理，确定所述定位节点的位置信息包括:
[0018]当有至少3个基站节点测量到与某一定位节点的距离后，结合所述至少3个基站节点的位置信息，利用多边定位法，确定所述定位节点的位置信息；或，
[0019]当有至少3个基站节点测量到与某一定位节点的距离后，将测得的距离信息发送至上位机，结合所述至少3个基站节点的位置信息，由上位机对所述距离信息进行处理，确定所述定位节点的位置信息。
[0020]可选地，所述时钟同步包括:绝对时隙数同步、数据包同步和确认包同步。
[0021]可选地，所述节点包括:超声波探头模块；
[0022]所述超声波探头模块的探头包括:收发一体探头或收发分体探头。
[0023]可选地，所述节点包括:至少一组超声波探头模块，多组超声波探头模块组成超声阵列。
[0024]本发明实施例还提供一种基于网络级时钟同步的室内超声波定位系统，包括:
[0025]获取单元，用于获取网络中基站节点的位置信息；
[0026]测量单元，用于将定位节点加入所述网络中，利用网络级时钟同步的超声波测距法，测得所述定位节点与至少3个基站节点之间的距离；
[0027]定位单元，用于结合所述至少3个基站节点的位置信息，对测得的距离信息进行处理，确定所述定位节点的位置信息。
[0028]可选地，所述网络中所有节点之间的时钟是同步的，且所有节点之间能够进行网络通信；
[0029]每个节点都带有至少一组超声波探头模块，多组超声波探头模块组成超声阵列，所述超声波探头模块的探头包括:收发一体探头或收发分体探头；
[0030]其中，所述节点包括:基站节点和定位节点。
[0031]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0032]上述方案中，通过获取网络中基站节点的位置信息；并将要定位的定位节点加入所述网络中，利用网络级时钟同步的超声波测距法，测得所述定位节点与至少3个基站节点之间的距离；结合所述至少3个基站节点的位置信息，对测得的距离信息进行处理，确定所述定位节点的位置信息。这样，利用基于网络级时钟同步的超声波测距法对定位节点的定位过程中，网络中所有节点的时钟都是同步的，在定位过程中不需要发送额外的射频数据包来获得节点间同步，从而能够减少网络流量、降低网络负载和节点功耗，提高整个网络的生存周期，且定位结果精度高，这对于资源受限的无线传感器网络有着重大意义。
【附图说明】
[0033]图1为本发明实施例提供的基于网络级时钟同步的室内超声波定位方法的方法流程图；
[0034]图2为本发明实施例提供的基站节点与定位节点的部署示意图；
[0035]图3为本发明实施例提供的基于网络级时钟同步的室内超声波定位系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0037]本发明针对现有的传统超声定位方法网络负载压力大、节点功耗大、生存周期短的问题，提供一种基于网络级时钟同步的室内超声波定位方法及系统。
[0038]实施例一
[0039]参看图1和图2所不，本发明实施例提供的一种基于网络级时钟同步的室内超声波定位方法，包括:
[0040]S1:获取网络中基站节点I的位置信息；
[0041]S2:将定位节点2加入所述网络中，利用网络级时钟同步的超声波测距法，测得所述定位节点2与至少3个基站节点I之间的距离；
[0042]S3:结合所述至少3个基站节点I的位置信息，对测得的距离信息进行处理，确定所述定位节点2的位置信息。
[0043]本发明实施例所述的基于网络级时钟同步的室内超声波定位方法，通过获取网络中基站节点I的位置信息；并将要定位的定位节点2加入所述网络中，利用网络级时钟同步的超声波测距法，测得所述定位节点2与至少3个基站节点I之间的距离；结合所述至少3个基站节点I的位置信息，对测得的距离信息进行处理，确定所述定位节点2的位置信息。这样，利用基于网络级时钟同步的超声波测距法对定位节点2的定位过程中，网络中所有节点的时钟都是同步的，在定位过程中不需要发送额外的射频数据包来获得节点间同步，从而能够减少网络流量、降低网络负载和节点功耗，提高整个网络的生存周期，且定位结果精度高，这对于资源受限的无线传感器网络有着重大意义。
[0044]本发明实施例中，基站节点I可以布置在室内屋顶，也可以布置在室内墙壁、地面等处，基站节点I安装完毕后需要预先测量基站节点I之间的相对位置，以作为基准，基站节点I工作过程包括下述步骤:
[0045]基站节点I上电工作之后，所有基站节点I会自动组成一张网络，例如，可以采用时分多址(Time divis1n multiple access, TDMA)组网方式组成一张网络，S卩:所述网络为一种 TDMA (802.15.4E)网络；
[0046]组网成功之后，上位机会通过与其相连的节点在全网广播各个基站节点I的位置信息，以便于后续对定位节点2进行定位计算。
[0047]本发明实施例中，定位节点2的位置信息是未知的，需要确定，定位节点2可能放在地面、室内设施或人员携带。
[0048]本发明实施例中，所有节点(所有节点包括:基站节点I和定位节点2)都需要加入到网络中，所有节点之间时钟同步，且所有节点之间都可以相互通信，所述时钟同步方式使用802.15.4E协议标准，所述时钟同步方式包括:绝对时隙数同步、数据包同步和确认包同步。
[0049]本发明实施例中，基于网络级时钟同步的超声测距法，利用网络级别的时钟同步计时来测量某一定位节点2与基站节点I之间的距离，为了定位该定位节点2的位置信息，需要测量3组或以上的测距值，也就是说，需要测量该定位节点2与至少3个不同基站节点I之间的距离值，最后，结合所述至少3个不同基站节点I的位置信息，对测得的3组或以上的测距值进行处理，从而确定所述定位节点2的位置信息。
[0050]本发明实施例中，所述网络级时钟同步的超声波测距法包括下述步骤:
[0051]利用网络级别的时钟同步，每次测距时，超声波发送端的节点触发相应的超声波探头模块发送超声波的同时，所述