锚节点至少进行两次回程通信，并当所述目标节点和所 述锚节点收到信号时等待预设时间再发出信号，分别记录所述目标节点发出信号和接收到 信号的目标节点本地时间以及每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间； 根据所述目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个所述锚节点 发出信号和接收到信号的锚节点本地时间，分别计算所述至少三个锚节点与所述目标节点 之间的距离，获得距离计算结果； 根据所述距离计算结果，确定所述目标节点位置。2. 根据权利要求1所述的超宽带室内定位方法，其特征在于，所述控制所述目标节点与 每个所述锚节点至少进行两次回程通信，并当所述目标节点和所述锚节点收到信号时等待 预设时间再发出信号，分别记录所述目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间 以及每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间的步骤包括： 控制所述目标节点发送第一信号至所述锚节点，并记录所述目标节点发送所述第一信 号的目标节点本地时间为第一时间t1; 记录所述锚节点接收到所述第一信号的锚节点本地时间为第二时间t2,控制所述锚节 点等待预设时间T后发送第一反馈信号至所述目标节点，并记录所述锚节点发送所述第一 反馈信号的锚节点本地时间为第三时间t 3; 记录所述目标节点接收到所述第一反馈信号的目标节点本地时间为第四时间t4,等待 所述预设时间T后，控制所述目标节点发送第二信号至所述锚节点，并记录所述目标节点发 送所述第二信号的目标节点本地时间为第五时间t 5; 记录所述锚节点接收到所述第二信号的锚节点本地时间的为第六时间t6; 重复上述步骤，分别记录每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间。3. 根据权利要求2所述的超宽带室内定位方法，其特征在于，所述根据所述目标节点和 所述锚节点发送信号和接收到信号的时间以及所述预设时间，分别计算所述至少三个锚节 点与所述目标节点的距离，获得距离计算结果的步骤包括： 根据所述目标节点与每个所述锚节点对应的所述第一时间七、所述第二时间t2、所述第 三时间t3、所述第四时间t4、所述第五时间t5以及所述第六时间U，计算信号在所述目标节 点与单个所述锚节点之间单次传输所需的传输时间T 〇F; 将所述传输时间Tof乘以光速，获得每个所述锚节点与所述目标节点的距离； 其中，所述传输时间TciF的计算公式为： T〇F= ( (t4_tl)-(t3_t2) + (t6_t3)_(t5_t4) )/4〇 4 .根据权利要求1或2所述的超宽带室内定位方法，其特征在于，所述控制所述目标节 点与所述锚节点至少进行两次回程通信，当所述目标节点和所述锚节点收到信号后等待预 设时间再发出信号，记录所述目标节点和所述锚节点发送信号和接收到信号的时间的步骤 之前还包括： 调整所述目标节点位置，以使所述目标节点固定于所述待定位目标的顶部。5.根据权利要求1或2所述的超宽带室内定位方法，其特征在于，所述锚节点数量为三 个，所述根据所述距离计算结果，确定所述目标节点位置的步骤包括： 测量所述目标节点与所述室内顶部的距离为h; 根据所述距离计算结果，获取所述三个锚节点与所述目标节点的距离分别为cU、d2以及 d3； 建立空间坐标系，获取所述三个锚节点的位置，根据改进的TOA三边定位公式，确定所 述目标节点位置； 所述改进的TOA三边定位公式为：其中，（乂1，71，2：1)、（12,72,22)以及(13,73,23)分别为所述三个锚节点的空间坐标，（1，7， Z )为所述目标节点的空间坐标。 6 . -种超宽带室内定位系统，其特征在于，包括： 确定模块，用于确定目标节点和至少三个锚节点，其中，所述目标节点固定于待定位目 标，所述至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置； 时间记录模块，用于控制所述目标节点与每个所述锚节点至少进行两次回程通信，并 当所述目标节点和所述锚节点收到信号时等待预设时间再发出信号，分别记录所述目标节 点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以及每个所述锚节点发出信号和接收到信 号的锚节点本地时间； 距离计算模块，用于根据所述目标节点发出信号和接收到信号的目标节点本地时间以 及每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节点本地时间，分别计算所述至少三个锚节 点与所述目标节点之间的距离，获得距离计算结果； 位置确定模块，用于根据所述距离计算结果，确定所述目标节点位置。7.根据权利要求6所述的超宽带室内定位系统，其特征在于，所述时间记录模块包括： 第一记录单元，用于控制所述目标节点发送第一信号至所述锚节点，并记录所述目标 节点发送所述第一信号的目标节点本地时间为第一时间t1; 第二记录单元，用于记录所述锚节点接收到所述第一信号的锚节点本地时间为第二时 间t2,控制所述锚节点等待预设时间T后发送第一反馈信号至所述目标节点，并记录所述锚 节点发送所述第一反馈信号的锚节点本地时间为第三时间t 3; 第三记录单元，用于记录所述目标节点接收到所述第一反馈信号的目标节点本地时间 为第四时间t4,等待所述预设时间T后，控制所述目标节点发送第二信号至所述锚节点，并 记录所述目标节点发送所述第二信号的目标节点本地时间为第五时间t 5; 第四记录单元，用于记录所述锚节点接收到所述第二信号的锚节点本地时间的为第六 时间t6; 重复单元，用于控制所述第一记录单元、所述第二记录单元、所述第三记录单元以及所 述第四记录单元执行相应操作，以分别记录每个所述锚节点发出信号和接收到信号的锚节 点本地时间。8. 根据权利要求7所述的超宽带室内定位系统，其特征在于，所述距离计算模块包括： 单次传输时间计算单元，用于根据所述目标节点与每个所述锚节点对应的所述第一时 间七、所述第二时间t2、所述第三时间t3、所述第四时间t4、所述第五时间^以及所述第六时 间t6,计算信号在所述目标节点与单个所述锚节点之间单次传输所需的传输时间T0F; 距离计算单元，用于将所述传输时间TQF乘以光速，获得每个所述锚节点与所述目标节 点的距离； 其中，所述传输时间TciF的计算公式为： T〇F= ( (t4_tl)-(t3_t2) + (t6_t3)_(t5_t4) )/4〇9. 根据权利要求6或7所述的超宽带室内定位系统，其特征在于，还包括： 位置调整模块，用于调整所述目标节点位置，以使所述目标节点固定于所述待定位目 标的顶部。10. 根据权利要求6或7所述的超宽带室内定位系统，其特征在于，所述锚节点数量为三 个，所述位置确定模块包括： 测量单元，用于测量所述目标节点与所述室内顶部的距离为h; 距离获取单元，用于根据所述距离计算结果，获取所述三个锚节点与所述目标节点的 距离分别为di、d2以及d3; 位置确定单元，用于建立空间坐标系，获取所述三个锚节点的位置，根据改进的T0A三 边定位公式，确定所述目标节点位置； 所述改进的T0A三边定位公式为：其中，（乂1，71，2：1)、（12,72,22)以及(13,73,23)分别为所述三个锚节点的空间坐标，（1，7， Z )为所述目标节点的空间坐标。
【专利摘要】本发明提供一种超宽带室内定位方法与系统，确定目标节点固定于待定位目标，至少三个锚节点不共线固定于室内任意位置，分别记录目标节点发送信号至锚节点的目标节点本地时间和锚节点反馈至目标节点的目标节点本地时间，并且在至少两次信号发送过程采用间隔相同预设时间方式，巧妙的避开传统距离计算过程中锚节点与目标节点间需要时间同步的问题，实现对信号传播时间的异步测量，提高锚节点与目标节点之间距离计算的精度，进而实现对目标节点(待定位目标)的准确定位。
【IPC分类】H04B1/717, H04B17/00, H04W4/02, H04W64/00
【公开号】CN105682225
【申请号】CN201610188524
【发明人】谭洪舟, 叶威, 李宇, 陈荣军
【申请人】广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院, 中山大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月28日