专利名称：基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锚节点信号到达时间差定位方法及系统，尤其涉及一种基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法及系统。
背景技术：
现有的基于超宽带信号的多节点到达时间差定位方法需要锚节点之间精确同步， 存在的问题是(I)锚节点之间通过连接导线进行同步，这样会增加系统的成本，而且影响系统的灵活性。(2)在无线的情况下，很难做到锚节点之间的精确同步，两个锚节点之间Ins的同步误差就会导致30cm的测距误差，从而导致很大的定位误差，这在小范围(比如IOOm2)定位中是不可接受的。(3)即使在定位开始的时候锚节点之间达到了精确同步，由于节点内晶振频率的不同，随着时间的推移，锚节点之间会重新不同步。此时就需要再进行一次同步，重复的同步过程会导致网络能耗的增加，影响网络的寿命，这在能量受限的小范围网络中(比如 WPAN，无线个域网)同样是不可接受的。
发明内容
本发明解决的技术问题是构建一种基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法及系统，克服现有技术锚节点之间不能精确同步和网络能耗大的技术问题。本发明的技术方案是构建一种基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法，包括至少四个位置已知的且时钟不同步的锚节点AN (Anchor Node，锚节点，简称“AN”)， 多个待测目标节点TN(Target Node,目标节点，简称“TN”)，所述多节点异步到达时间差定位方法包括如下步骤启动定位选定任一个锚节点AN，由锚节点AN向整个网络其它节点广播其自身的位置；获取到达时间其它锚节点AN收到所述选定锚节点AN的信号后立刻广播其各自的位置，待测目标节点TN收到各个锚节点AN的信号后分别记录其信号到达该待测目标节点TN的时间；计算待测目标节点的位置根据其它各个锚节点AN的信号到达该待测目标节点 TN的时间与选定的锚节点AN的信号到达该待测目标节点TN时间的差，得出该待测目标节点的位置。本发明的进一步技术方案是在计算待测目标节点的位置步骤中，包括得出信号从选定锚节点AN经过其它锚节点AN到达待测目标节点TN经过的距离。本发明的进一步技术方案是在计算待测目标节点的位置步骤中，包括得出信号直接从选定锚节点AN到达待测目标节点TN的距离。本发明的进一步技术方案是在计算待测目标节点的位置步骤中，获取其它锚节点AN到选定锚节点AN的距离。本发明的进一步技术方案是在计算待测目标节点的位置步骤中，包括将各个锚节点AN的信号到达该待测目标节点TN的时间与选定的锚节点AN的信号到达该待测目标节点TN时间的差转换为距离差。本发明的技术方案是构建一种基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位系统，包括至少四个位置已知的且时钟不同步的锚节点AN，多个待测目标节点TN，所述锚节点AN包括发射信号的发射单元及接收信号的接收单元，所述待测目标节点包括接收信号的接收单元及进行计算处理的处理器单元，所述接收单元包括获取锚节点信号到达时间的时间获取模块，所述处理器单元包括计算待测目标节点位置的计算模块，所述锚节点AN的发射单元向整个网络其它节点广播其自身的位置；所述到达时间获取模块获取锚节点AN 的信号到达该待测目标节点TN的时间；所述计算模块根据其它各个锚节点AN到达该待测目标节点TN的时间与选定的锚节点AN到达该待测目标节点TN时间的差，得出该待测目标节点的位置。本发明的技术效果是构建一种基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法及系统，包括至少四个位置已知的且时钟不同步的锚节点AN，多个待测目标节点TN，所述多节点异步到达时间差定位方法包括如下步骤选定任一个锚节点AN，由锚节点AN向整个网络其它节点广播其自身的位置；其它锚节点AN收到所述选定锚节点AN的信号后广播其各自的位置，待测目标节点TN收到锚节点AN的信号后分别记录其信号到达该待测目标节点TN的时间；根据其它各个锚节点AN到达该待测目标节点TN的时间与选定的锚节点AN 到达该待测目标节点TN时间的差，得出该待测目标节点的位置。本发明涉及一种基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法及系统，克服现有到达时间差方法中锚节点同步的问题，使定位系统更加简单，而且由于没有同步过程，节约了能量，具有很高的能效性。
图I为本发明已知锚节点和待测目标节点分布示意图。
图2为本发明已知锚节点和待测目标节点定位示意图。
图3为本发明已知锚节点和待测目标节点确定待测目标节点位置示意图。
图4为本发明定位流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。
如图I、图2、图3、图4所示，本发明的具体实施方式
是构建一种基于超宽带信号
的多节点异步到达时间差定位方法，包括至少四个位置已知的且时钟不同步的锚节点AN， 多个待测目标节点TN，由于待测目标节点TN的数目是没有限制的，而且待测目标节点TN之间相互独立，可以同时完成定位。不失一般性，为了简单起见，考虑二维平面的情况，对一个目标进行定位，定位示意图如图2所示。 所述多节点异步到达时间差定位方法包括如下步骤
步骤100 :启动定位，即选定任一个锚节点AN1,由锚节点AN1向整个网络其它节点广播其自身的位置。具体实施例中，在布置网络的时候选定一个I号锚节点AN1，由AN1向整个网络广播自己的位置来启动定位。步骤200 :获取到达时间，即其它锚节点ANiQ = 2，3，……，M)收到所述选定锚节点AN1的信号后广播其各自的位置，待测目标节点TN收到锚节点AN的信号后分别记录其信号到达该待测目标节点TN的时间。具体实施过程如下当其它锚节点ANiQ = 2,3,……， M)收到选定锚节点AN1的信号后，立即广播各自的位置；同时当待测目标节点TN收到选定锚节点AN1的信号后记录此信号的到达时间h，待测目标节点TN记录其它锚节点ANi (i =
2,3,……，Μ)信号的到达时间步骤300 :计算待测目标节点的位置，即根据其它各个锚节点AN到达该待测目标节点TN的时间与选定的锚节点AN1到达该待测目标节点TN时间的差，得出该待测目标节点的位置。如图3所示，具体实施过程如下根据其它各个锚节点AN的信号到达该待测目标节点TN的时间与选定的锚节点AN1的信号到达该待测目标节点TN时间，将不同信号的到达时间转化为到达时间差，即将其它各个锚节点AN的信号到达该待测目标节点TN的时间与选定的锚节点AN1的信号到达该待测目标节点TN时间的差，并结合已知锚节点的位置来计算自己的位置。其中到达时间差是这样得到的如式1，利用t减去h，从而得到M-I个到达时间差的值。假设锚节点ANi的位置向量用P = [Xi yi]T表示，待测目标节点TN的位置用p =T表示，dn表示ANiQ = 2,3, ......,M)与AN1之间的距离,这是一个常量。rn表示信
号从选定锚节点AN1通过ANi (i = 2，3，……，Μ)到达待测目标节点TN经过的距离与信号直接从选定锚节点AN1到达待测目标节点TN经过的距离之差。c代表光速。这样，计算待测目标节点TN的位置就相当于是解一组双曲线的方程
权利要求
1.一种基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法，其特征在于，包括至少四个位置已知的且时钟不同步的锚节点AN，多个待测的目标节点TN，所述多节点异步到达时间差定位方法包括如下步骤启动定位选定任一个锚节点AN，由这个锚节点AN向整个网络其它节点广播其自身的位置；获取到达时间其它锚节点AN收到所述选定锚节点AN的信号后立刻广播其各自的位置，同时待测目标节点TN收到各个锚节点AN的信号后分别记录其信号到达该待测目标节点TN的时间；计算待测目标节点的位置根据其它各个锚节点AN的信号到达该待测目标节点TN的时间与选定的锚节点AN的信号到达该待测目标节点TN时间的差，得出该待测目标节点的位置。
2.根据权利要求I所述基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法，其特征在于，在计算待测目标节点的位置步骤中，包括得出信号从选定锚节点AN经过其它锚节点AN 到达待测目标节点TN经过的距离。
3.根据权利要求I所述基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法，其特征在于，在计算待测目标节点的位置步骤中，包括得出信号直接从选定锚节点AN到达待测目标节点TN的距离。
4.根据权利要求I所述基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法，其特征在于，在计算待测目标节点的位置步骤中，获取其它锚节点AN到选定锚节点AN的距离。
5.根据权利要求I所述基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法，其特征在于，在计算待测目标节点的位置步骤中，包括将各个锚节点AN的信号到达该待测目标节点 TN的时间与选定的锚节点AN的信号到达该待测目标节点TN时间的差转换为距离差。
6.一种基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位系统，其特征在于，包括至少四个位置已知的且时钟不同步的锚节点AN，多个待测目标节点TN，所述锚节点AN包括发射信号的发射单元及接收信号的接收单元，所述待测目标节点包括接收信号的接收单元及进行计算处理的处理器单元，所述接收单元包括获取锚节点信号到达时间的时间获取模块，所述处理器单元包括计算待测目标节点位置的计算模块，所述锚节点AN的发射单元向整个网络其它节点广播其自身的位置；所述到达时间获取模块获取锚节点AN的信号到达该待测目标节点TN的时间；所述计算模块根据其它各个锚节点AN的信号到达该待测目标节点 TN的时间与选定的锚节点AN的信号到达该待测目标节点TN时间的差，得出该待测目标节点的位置。
全文摘要
本发明涉及一种基于超宽带信号的多节点异步到达时间差定位方法及系统，克服现有到达时间差方法中锚节点同步的问题，使定位系统更加简单，而且由于没有同步过程，节约了能量，具有很高的能效性。
文档编号H04W64/00GK102595593SQ20121000860
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者张红, 张钦宇, 张霆廷, 田旋旋, 邹洪良, 陈方晓 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院