一种基于TDoA的室内定位方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及无线传感网技术与室内定位系统领域，涉及一种基于TDoA的室内定位方法及系统。该方法包括：待定位节点和基准节点分别发送源信号和辅助信号，所述源信号和所述辅助信号为不同时刻发出的；所述待定位节点、所述基准节点、第一接收节点和第二接收节点分别接收所述源信号和所述辅助信号，以分别获得时间差；所述待定位节点、第一接收节点和第二接收节点分别向所述基准节点发送所述时间差；所述基准节点根据所述时间差，计算TDoA信息和ToA信息；所述基准节点根据所述TDoA信息和所述ToA信息，计算所述待定位节点的位置。该方法无需时间同步，极大地减少了传统TDoA方法存在的误差；较传统的TDoA方法至少节约了一个参考点。
【专利说明】—种基于TDoA的室内定位方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感网技术与室内定位系统领域，涉及一种基于TDoA的室内定位方法及系统。
【背景技术】
[0002]在普适计算、移动互联网和物联网发展日新月异的今天，位置信息的重要性也愈加凸显。越来越多的应用和服务开始挖掘和利用位置信息，为用户带来基于地理位置的服务，于是随之而来的定位问题也得到了人们的关注。随着社会的高速发展，城市中的高楼鳞次柿比，需要精确便捷的室内定位。TDoA(Time Difference of Arrival,到达时间差)和ToA(Time of Arrival,到达时间)为无线定位技术。
[0003]现有的基于TDoA的室内定位方法包括:根据已知的TDoA测量值和监测节点位置坐标，利用Chan算法多次计算得到多个目标节点的坐标；将圆周半径的0.2倍作为门限，对于门限内定位坐标进行统计平均；将统计平均得到的坐标作为Taylor算法的初始值，再计算目标节点的坐标，对所得定位坐标进行统计平均，得到最终的目标节点的坐标值。
[0004]现有的基于室内定位的存在如下缺陷:基于的TDoA定位方法需要时间同步，因而定位的误差较大；需要的参考节点个数较多，从而具有较高的成本。
【发明内容】
[0005]本发明实施例的目的在于通过对室内定位技术的研究，减轻干扰因素的影响，开发实现一种比较精确的室内定位技术，让用户能够在移动终端上实时地观测到自己的地理位置。
[0006]—方面，本发明实施例提供了一种基于TDoA的室内定位方法,其中，待定位节点和基准节点分别发送源信号和辅助信号，所述源信号和所述辅助信号为不同时刻发出的；
[0007]所述待定位节点、所述基准节点、第一接收节点和第二接收节点分别接收所述源信号和所述辅助信号，以分别获得时间差；
[0008]所述待定位节点、第一接收节点和第二接收节点分别向所述基准节点发送所述时间差;
[0009]所述基准节点根据所述时间差，计算TDoA信息和ToA信息；
[0010]所述基准节点根据所述TDoA信息和所述ToA信息，计算所述待定位节点的位置。
[0011]另一方面，本发明实施例还提供了一种基于TDoA的室内定位系统，该系统包括待定位节点、基准节点、第一接收节点和第二接收节点，其中，
[0012]所述待定位节点和所述基准节点分别用于发送源信号和辅助信号，所述源信号和所述辅助信号为不同时刻发出的；
[0013]所述待定位节点、所述基准节点、所述第一接收节点和所述第二接收节点分别用于接收所述源信号和所述辅助信号，以分别获得时间差；
[0014]所述待定位节点、第一接收节点和第二接收节点分别用于向所述基准节点发送所述时间差；
[0015]所述基准节点用于根据所述时间差，计算TDoA信息和ToA信息；
[0016]所述基准节点用于根据所述TDoA信息和所述ToA信息，计算所述待定位节点的位置。
[0017]上述技术方案提出的一种基于TDoA的室内定位方法及系统具有低成本、部署方便和精度较高等特点。具体来说，本发明实施例具有如下优点:使用了无需时间同步的TDoA室内定位方法，极大地减少了传统TDoA方法存在的误差；结合使用了 ToA与TDoA的方法，减少了参考点的使用，只用3个参考点就完成了实验，较传统的TDoA方法至少节约了一个参考点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0019]图1是本发明第一实施例中提供的一种基于TDoA的室内定位方法的实现流程图。
[0020]图2是本发明第一实施例中调频声音信号的良好特征。
[0021]图3是本发明第一实施例中声音信号相关匹配的典型结果的图形。
[0022]图4是本发明第一实施例中通过TD2S得到待定位节点和基准节点之间距离的示意图。
[0023]图5是本发明第一实施例中通过TD2S得到第一接收节点和第二接收节点到基准节点之间距离的示意图。
[0024]图6是本发明第二实施例中提供的一种基于TDoA的室内定位系统的网络拓扑图。
[0025]图7是本发明第二实施例中提供的一种基于TDoA的室内定位系统的工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图及具体实施例对本发明进行更加详细与完整的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0027]室内定位技术能够应用于如下场景:大型建筑的室内导航(如商场，工厂，机场等)、基于地理位置的普适计算(如人群感知)、广告的精确投放、增强虚拟现实和服务社交网络功能。
[0028]图1-图5示出了本发明的第一实施例。图1是本发明第一实施例中提供的一种基于TDoA的室内定位方法的流程示意图，该方法包括:
[0029]步骤101、待定位节点和基准节点分别发送源信号和辅助信号，所述源信号和所述辅助信号为不同时刻发出的。
[0030]所述源信号S和所述辅助信号S'为同一线性调频信号。为了方便检测和精确计算源信号S或辅助信号S,到达时间，在室内定位方法中需要自相关性质良好的声源信号。为了生成方便和设备友好支持，选择调频信号。
[0031]图2是本发明第一实施例中调频声音信号的良好特征。左侧图展示了调频信号幅值随时间变化，中间图展示了调频信号频率随时间线性变化，右侧图展示了调频信号在过滤之后的完美结果。本发明实施例中所述源信号S和所述辅助信号S'分别为不同时刻发出的同一线性调频信号f(t)。线性调频信号是一种频率随着时间线性变化的信号，若用普通的正弦信号生成，所述源信号和所述辅助信号的表达式可以表述如下:
[0032]
【权利要求】
1.一种基于TDoA的室内定位方法,其特征在于,包括: 待定位节点和基准节点分别发送源信号和辅助信号，所述源信号和所述辅助信号为不同时刻发出的； 所述待定位节点、所述基准节点、第一接收节点和第二接收节点分别接收所述源信号和所述辅助信号，以分别获得时间差； 所述待定位节点、第一接收节点和第二接收节点分别向所述基准节点发送所述时间差; 所述基准节点根据所述时间差，计算TDoA信息和ToA信息； 所述基准节点根据所述TDoA信息和所述ToA信息，计算所述待定位节点的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基准节点根据所述TDoA信息和所述ToA信息，计算所述待定位节点的位置之后还包括: 所述基准节点向所述待定位节点发送所述待定位节点的位置； 所述待定位节点显示所述待定位节点的位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待定位节点、所述基准节点、第一接收节点和第二接收节点分别接收所述源信号和所述辅助信号，以分别获得时间差，具体包括: 所述待定位节点、所述基`准节点、第一接收节点和第二接收节点分别接收所述源信号，并分别记录所述源信号的接收时间； 所述待定位节点、所述基准节点、第一接收节点和第二接收节点分别接收所述辅助信号，并分别记录所述辅助信号的接收时间； 所述待定位节点、所述基准节点、第一接收节点和第二接收节点分别根据所述源信号的接收时间和所述辅助信号的接收时间，计算所述时间差。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述基准节点根据所述时间差，计算TDoA彳目息和ToA /[目息包括: 所述基准节点根据所述时间差计算所述待定位节点到所述基准节点的距离； 所述基准节点根据所述时间差分别计算所述第一接收节点和第二接收节点到所述基准节点的距离。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源信号和所述辅助信号为同一线性调频信号。
6.一种基于TDoA的室内定位系统，其特征在于，包括待定位节点、基准节点、第一接收节点和第二接收节点，其中， 所述待定位节点和所述基准节点分别用于发送源信号和辅助信号，所述源信号和所述辅助信号为不同时刻发出的； 所述待定位节点、所述基准节点、所述第一接收节点和所述第二接收节点分别用于接收所述源信号和所述辅助信号，以分别获得时间差； 所述待定位节点、第一接收节点和第二接收节点分别用于向所述基准节点发送所述时间差; 所述基准节点用于根据所述时间差，计算TDoA信息和ToA信息； 所述基准节点用于根据所述TDoA信息和所述ToA信息，计算所述待定位节点的位置。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在所述基准节点用于根据所述TDoA信息和所述ToA信息，计算所述待定位节点的位置之后还包括: 所述基准节点还用于向所述待定位节点发送所述待定位节点的位置； 所述待定位节点还用于显示所述待定位节点的位置。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在所述待定位节点、所述基准节点、第一接收节点和第二接收节点分别用于接收所述源信号和所述辅助信号，以分别获得时间差，具体包括: 所述待定位节点、所述基准节点、所述第一接收节点和所述第二接收节点分别用于接收所述源信号，并分别记录所述源信号的接收时间； 所述待定位节点、所述基准节点、所述第一接收节点和所述第二接收节点分别用于接收所述辅助信号，并分别记录所述辅助信号的接收时间； 所述待定位节点、所述基准节点、所述第一接收节点和所述第二接收节点分别用于根据所述源信号的接收时间和所述辅助信号的接收时间，计算所述时间差。
9.根据权利要求6-7中任一项所述的系统，其特征在于，在所述基准节点用于根据所述时间差，计算TDoAf目息和ToA彳目息中，具体包括: 所述基准节点用于根据所述时间差计算所述待定位节点到所述基准节点的距离；所述基准节点用于根据所述时间差分别计算所述第一接收节点和第二接收节点到所述基准节点的距离。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述源信号和所述辅助信号为同一线性调频信号。`
【文档编号】H04W4/04GK103561387SQ201310556921
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】徐涵, 刘云浩 申请人:无锡清华信息科学与技术国家实验室物联网技术中心