需要发送应答帧； 步骤S5、通信和测距； 网络协调器PAN采用基于时隙的CSMA/CA(带冲突避免的载波侦听多路访问）信道访 问机制与已注册的精简功能设备RFD在竞争时段内进行信道竞争访问，在完成数据传输的 同时，采用脉冲压缩的方法完成网络协调器PAN和精简功能设备RFD之间的测距； 不同的精简功能设备RFD在自己所分配到的时隙内与网络协调器PAN完成数据交换和 测距，而另外的精简功能设备RFD通过侦听信道能量和地址匹配来保持静默，让出信道资 源； 步骤S6、网络协调器PAN判断是否到达预设时间，若是，返回执行步骤S2,若否，返回步 骤S5。
[0019] 通常，步骤S5会连续执行若干个周期，当到达预设时间后，网络协调器PAN将重新 进入步骤S2进行广播，以防止有新的精简功能设备RFD进入星型网络，在已有精简功能设 备RFD与网络协调器PAN的距离超过最远测距距离后，网络协调器PAN也将会对其进行解 注册，将其从目标地址列表中删除。
[0020] 如图3所示，对于单个精简功能设备RFD，网络协调器PAN和精简功能设备RFD之 间的脉冲压缩测距方法包含以下步骤： 步骤S501、网络协调器PAN发送第一数据帧给RFD，并记录下此时的时间； 步骤S502、精简功能设备RFD在收到第一数据帧后返回第一应答帧给网络协调器PAN， 在该第一应答帧中包含了精简功能设备RFD从收到第一数据帧到发送第一应答帧之间所 消耗的时间T2; 步骤S503、网络协调器PAN收到第一应答帧后计算出第一次通信过程中消耗的时间T1; 步骤S504、为了使测距更加准确，精简功能设备RFD在返回第一应答帧后会再发送第 二数据帧给网络协调器PAN，记录发送的时间； 步骤S505、网络协调器PAN在收到第二数据帧后返回第二应答帧给精简功能设备RFD， 在该第二应答帧中包含了网络协调器PAN从收到第二数据帧到发送第二应答帧之间所消 耗的时间T4; 步骤S506、精简功能设备RFD收到第二应答帧后计算出第二次通信过程中消耗的时间 T3; 步骤S507、精简功能设备RFD将第二次通信过程中消耗的时间T3通过第三数据帧发送 给网络协调器PAN; 步骤S508、网络协调器PAN计算通信过程中信号的单程传输时间Tsin_，并由此计算出 网络协调器PAN和精简功能设备RFD之间的距离； 在两次通信过程中，数据处理所消耗的时间为：
加上信号在空间传输所用的时间一共为：
在通信过程中，信号一共在空间传输了 4次，所以单程的传输时间为：
由于本发明将脉冲压缩的方式融合在了IEEE802. 15. 4信号的传输过程中，在物理层 采用脉冲压缩的方法对数据进行处理，例如用上调频脉冲代表二进制数据" 1"，静默代表二 进制数据"〇"，使得网络协调器PAN在计算单程时间时有很高的精度，从而在距离计算时具 有很高的距离分配率，如图4所示，同样是在时域范围，通过匹配滤波、解线性调频等方式 处理方式，能够将大时宽的调频信号转化成很窄的脉冲，提高了抗干扰能力和测距精度。
[0021] 本发明已经应用在一种户外测距设备的产品上，图5是网络协调器PAN对星形网 络中的1号精简功能设备RFD和2号精简功能设备RFD的测距记录数据，网络协调器PAN 发射功率为20dBm。从图5可以看出，一开始两个精简功能设备RFD分别在距离网络协调器 PAN约2000m处和1700m处，然后移动网络协调器PAN向1号精简功能设备RFD靠近，在到 达1号精简功能设备RFD处后向后退约300m，重复靠近并最终回到起始点，整个过程中，网 络协调器PAN都能有效地得到两台精简功能设备RFD的位置而不受干扰。该数据中的测距 距离大大超过了传统IEEE802. 15. 4标准下的ZigBee技术的使用范围，证明了本发明的有 效性。
[0022] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【主权项】
1. 一种符合IEEE802. 15. 4标准星型网络的脉冲压缩测距方法，其特征在于，配置符合 IEEE802. 15. 4标准的星形网络，星形网络中包含网络协调器PAN和精简功能设备RFD，网络 协调器PAN采用基于时隙的带冲突避免的载波侦听多路访问CSMA/CA信道访问机制与精简 功能设备RFD进行信道竞争访问，在完成数据传输的同时，采用脉冲压缩的方法完成网络 协调器PAN和精简功能设备RFD之间的测距。2. 如权利要求1所述的符合IEEE802. 15. 4标准星型网络的脉冲压缩测距方法，其特征 在于，配置符合IEEE802. 15. 4标准的星形网络包含以下步骤： 步骤Sl、定义网络协调器PAN ; 网络协调器PAN主机上电，配置成符合IEEE802. 15. 4标准的网络协调器PAN ; 步骤S2、网络协调器PAN周期性地广播信标帧； 步骤S3、注册精简功能设备RFD ; 步骤S4、配置星形网络； 网络协调器PAN设置网络协调器PAN和已注册的精简功能设备RFD之间进行通信时， 任何设备收到数据帧后都需要发送应答帧。3. 如权利要求2所述的符合IEEE802. 15. 4标准星型网络的脉冲压缩测距方法，其特征 在于，注册精简功能设备RFD包含以下步骤： 位于网络协调器PAN测距范围内的精简功能设备RFD上电后，如果精简功能设备RFD 接收到了网络协调器PAN广播的信标帧，则向网络协调器PAN发送注册请求，网络协调器 PAN接收到精简功能设备RFD的注册请求后，将精简功能设备RFD的网络地址存入网络协 调器PAN中的目标列表，并通过符合IEEE802. 15. 4的时隙保障机制GTS分别为精简功能设 备RFD分配专用的通信时段，实现网络协调器PAN和精简功能设备RFD的网络关联和时钟 同步。4. 如权利要求3所述的符合IEEE802. 15. 4标准星型网络的脉冲压缩测距方法，其特征 在于，对于单个精简功能设备RFD，采用脉冲压缩的方法完成网络协调器PAN和精简功能设 备RFD之间的测距包含以下步骤： 步骤S501、网络协调器PAN发送第一数据帧给RFD，并记录下此时的时间； 步骤S502、精简功能设备RFD在收到第一数据帧后返回第一应答帧给网络协调器PAN， 在该第一应答帧中包含了精简功能设备RFD从收到第一数据帧到发送第一应答帧之间所 消耗的时间T2 ; 步骤S503、网络协调器PAN收到第一应答帧后计算出第一次通信过程中消耗的时间 Tl ； 步骤S504、为了使测距更加准确，精简功能设备RFD在返回第一应答帧后会再发送第 二数据帧给网络协调器PAN，记录发送的时间； 步骤S505、网络协调器PAN在收到第二数据帧后返回第二应答帧给精简功能设备RFD， 在该第二应答帧中包含了网络协调器PAN从收到第二数据帧到发送第二应答帧之间所消 耗的时间T4 ; 步骤S506、精简功能设备RFD收到第二应答帧后计算出第二次通信过程中消耗的时间 T3 ； 步骤S507、精简功能设备RFD将第二次通信过程中消耗的时间T3通过第三数据帧发送 给网络协调器PAN ; 步骤S508、网络协调器PAN计算通信过程中信号的单程传输时间Tsingle，并由此计算 出网络协调器PAN和精简功能设备RFD之间的距离；5. 如权利要求4所述的符合IEEE802. 15. 4标准星型网络的脉冲压缩测距方法，其特征 在于，在网络协调器PAN和精简功能设备RFD之间的测距过程中，网络协调器PAN和精简功 能设备RFD之间发送的数据帧都经过脉冲压缩数据处理。6. 如权利要求5所述的符合IEEE802. 15. 4标准星型网络的脉冲压缩测距方法，其特征 在于，所述的网络协调器PAN定期重新配置符合IEEE802. 15. 4标准的星形网络，对新进入 网络协调器PAN测距范围内的精简功能设备RFD进行注册，对超过网络协调器PAN测距范 围的精简功能设备RFD进行解注册。
【专利摘要】一种符合IEEE802.15.4标准星型网络的脉冲压缩测距方法，配置符合IEEE802.15.4标准的星形网络，星形网络中包含网络协调器PAN和精简功能设备RFD，网络协调器PAN采用基于时隙的带冲突避免的载波侦听多路访问CSMA/CA信道访问机制与精简功能设备RFD进行信道竞争访问，在完成数据传输的同时，采用脉冲压缩的方法完成网络协调器PAN和精简功能设备RFD之间的测距。本发明在保留了该IEEE802.15.4标准协议低复杂度、低功耗、低成本、一对多通信的基础上，通过在载波调制阶段融合脉冲压缩的信号调制和解算方法，相比于目前使用IEEE802.15.4标准的ZigBee通信增加了远程多目标测距功能并具有较高的测距精度，而由于目前相关通信芯片产业相当成熟，该技术的成本远远低于传统雷达。
【IPC分类】H04L12/44, H04L12/26
【公开号】CN105162660
【申请号】CN201510592459
【发明人】朱思悦, 梁影, 王磊磊, 张仲鑫
【申请人】上海无线电设备研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月17日