本发明涉及lora通信网络领域，具体涉及一种lora窄带物联网终端节点定位的方法。
背景技术：
lora是一种重要的窄带物联网技术，随着lora通信网络生态链的日益成熟，lora通信网络已在人们的日常生活中得到了广泛的应用。但在某些特定的应用场景中，需要获取到终端节点的地理位置信息才有意义，而lora通信网络本身却没有提供位置感知的能力。
目前，相关的大部分解决方案是在lora通信网络的终端节点上额外增加辅助设备进行定位，而lora通信网络本身的特点是低功耗通信网络，而额外增加辅助设备将会大幅度地增加功耗，所以终端节点上额外增加辅助设备的方案并不适用于依靠电池供电的lora通信网络终端节点定位。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明所解决的问题是如何高效、低成本地精准定位lora终端节点位置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种lora窄带物联网终端节点定位的方法，基于lora终端节点自身信号体制，利用lora终端节点与不少于3个锚节点间的信息交换和协调进行lora终端节点定位，包括以下步骤：
(1)部署不少于3个lora锚节点，均配置gnss定位模块，安装在不同的位置，作为lora终端节点定位的参考节点；
(2)各lora锚节点之间通过卫星导航系统进行时间同步；
(3)lora终端节点处于不少于3个lora锚节点的通信范围内的地方；
(4)lora终端节点向lora锚节点广播一个定位数据包，lora锚节点记录接收该定位数据包的接收时间戳和待定位节点id；
(5)接收到定位数据包的各lora锚节点向网关发送一个新的数据包，网关将各lora锚节点发来的数据包转发到后台服务器进行定位解算，最终得到某id号的终端节点的位置。
步骤(2)中，所述各lora锚节点之间通过卫星导航系统进行时间同步，还包括通过卫星导航系统对各lora锚节点进行精准定位，测得锚节点的地理位置数据，并存储至后台服务器，为之后的算法处理提供相关数据。
步骤(5)中，所述定位解算采用tdoa定位算法，通过终端节点广播一个简单的定位数据包到达多个锚节点的到达时间差，从而测量出距离差，再利用双曲线进行定位，计算出待测lora终端节点的坐标位置，具体过程如下：
设终端节点pn的位置坐标为(x，y)，参与定位的各锚节点的位置坐标为(xi，yi)，i＝1，2，...，n；终端节点pn与第i个锚节点间的距离为：
以第一个锚节点作为基准，则终端节点pn与各锚节点之间的距离可表示为：
rsi＝rs-r1(s＝2,3，...，m)(2)
由式可得rs2＝(rs1+r1)2＝r2s1+2×rs1×r1+r12(3)
代入坐标后可表示为：
(x-xs)2+(y-ys)2＝rs12+2×rs1×r1+r12(4)
将
并令ki＝xi2+yi2,xsi＝xs-xi，化简整理得：
2·rs1·r1+2·xs1·x+2·ys1·y＝ks2-k12-rs12(5)
m＝3时，可以得到：
利用上式求解出x和y，将其代入r1中，便可求出r1的值，剔除不符合物理意义的负数结果，把正值代入(6)中即可得到终端节点pn坐标估计。
采用本发明的技术方案检测效率高、成本低、易于实施，避免了在lora终端节点增加额外辅助模块进行定位，造成大量能耗损失而导致节点模块的电源寿命短的情况，很大程度上解决了lora终端节点定位困难的问题。
附图说明
图1为lora窄带物联网终端节点定位系统测试示意图；
图2为lora窄带物联网终端节点定位的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
图1示出了lora窄带物联网终端节点定位系统测试示意；
图2示出了一种lora窄带物联网终端节点定位的方法，基于lora终端节点自身信号体制，利用lora终端节点与不少于3个锚节点间的信息交换和协调进行lora终端节点定位，包括以下步骤：
(1)部署不少于3个lora锚节点，均配置gnss定位模块，安装在不同的位置，作为lora终端节点定位的参考节点；
(2)各lora锚节点之间通过卫星导航系统进行时间同步；
(3)lora终端节点处于不少于3个lora锚节点的通信范围内的地方；
(4)lora终端节点向lora锚节点广播一个定位数据包，lora锚节点记录接收该定位数据包的接收时间戳和待定位节点id；
(5)接收到定位数据包的各lora锚节点向网关发送一个新的数据包，网关将各lora锚节点发来的数据包转发到后台服务器进行定位解算，最终得到某id号的终端节点的位置。
步骤(2)中，所述各lora锚节点之间通过卫星导航系统进行时间同步，还包括通过卫星导航系统对各lora锚节点进行精准定位，测得锚节点的地理位置数据，并存储至后台服务器，为之后的算法处理提供相关数据。
步骤(5)中，所述定位解算采用tdoa定位算法，通过终端节点广播一个简单的定位数据包到达多个锚节点的到达时间差，从而测量出距离差，再利用双曲线进行定位，计算出待测lora终端节点的坐标位置，具体过程如下：
设终端节点pn的位置坐标为(x，y)，参与定位的各锚节点的位置坐标为(xi，yi)，i＝1，2，...，n；终端节点pn与第i个锚节点间的距离为：
以第一个锚节点作为基准，则终端节点pn与各锚节点之间的距离可表示为：
rsi＝rs-r1(s＝2,3，...，m)(2)
由式可得rs2＝(rs1+r1)2＝r2s1+2×rs1×r1+r12(3)
代入坐标后可表示为：
(x-xs)2+(y-ys)2＝rs12+2×rs1×r1+r12(4)
将
并令ki＝xi2+yi2,xsi＝xs-xi，化简整理得：
2·rs1·r1+2·xs1·x+2·ys1·y＝ks2-k12-rs12(5)
m＝3时，可以得到：
利用上式求解出x和y，将其代入r1中，便可求出r1的值，剔除不符合物理意义的负数结果，把正值代入(6)中即可得到终端节点pn坐标估计。
采用本发明的技术方案检测效率高、成本低、易于实施，避免了在lora终端节点增加额外辅助模块进行定位，造成大量能耗损失而导致节点模块的电源寿命短的情况，很大程度上解决了lora终端节点定位困难的问题。
以上结合附图对本发明的实施方式做出了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，对这些实施方式进行各种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。