[发明专利]基于无线传感器网络的超声波立体定位系统时间同步机制

权利要求书

1.一种基于无线传感器网络的超声波立体定位系统时间同步机制，其系统硬件构成按功能不同分为目标节点1，参考节点2、3、4、5，遥控器节点6和基站节点7；其中目标节点1是待测节点，由射频模块、超声波模块、控制器模块、电机驱动模块和电源模块五部分组成，可以接受遥控器节点6的指令而做出左转、右转、前进、停止的动作；参考节点2、3、4、5的位置信息是已知的；遥控器节点6负责发出遥控指令，指挥目标节点1做出相应的动作；参考节点2、3、4、5和遥控器节点6均由射频模块、超声波模块、控制器模块和电源模块四部分组成，基站节点7由射频模块、液晶显示模块、控制器模块、串口模块和电源模块五部分组成；目标节点1和参考节点2、3、4、5以无线自组织方式构成一个无线传感器网络，基站节点7收集目标节点1和参考节点2、3、4、5的信息并对整个网络进行控制，目标节点1分别和参考节点2、3、4、5进行共四次握手通信，通过计算消除系统固有的时间误差，统一全局时间基准，然后基站7根据目标节点1和参考节点2、3、4、5的距离信息，利用改进的质心法算法，计算得到目标节点1的空间位置，即实现了目标节点1的定位，定位精度可达1cm。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络超声波立体定位系统时间同步机制，其工作原理为：在整个网络中，目标节点1和各参考节点2、3、4、5各自维护一个本地时钟，但是各个节点的本地时钟并不是严格同步；假设目标节点1与参考节点2、3、4、5分别存在固有的系统时钟差T1-2、T1-3、T1-4、T1-5；不失一般性，以目标节点1和参考节点2为例，设无线电波在空气中的传播时间为Δt1-2，目标节点1无线激发后的时刻记为tα2，信号经过空气传播到达参考节点2接收后的时刻记为tβ2；目标节点1首先向参考节点2发送一个请求信号，根据上述参数设定，有：

tα2+Δt1-2＝tβ2-T1-2

参考节点2收到目标节点1的信号后立即向目标节点1回发一个用于确认的无线信号，从而完成目标节点1与参考节点2之间的一次握手通信；将参考节点2信号激发后时刻记为tγ2，经空气传播在目标节点1接收后时刻记为tδ2，则有：

tγ2+Δt1-2＝tδ2-T1-2

联立以上两个等式，经过计算可以得到无线电信号在空气中的传播时间Δt1-2和目标节点1与参考节点2的时钟差T1-2：

Δt1-2＝(tβ2+tδ2-tγ2-tα2)/2

T1-2＝(tβ2+tγ2-tα2-tδ2)/2

同理利用上述方法，再经过三次握手通信，可以测量出参考节点3、4、5与目标节点1之间的时钟差T1-3、T1-4、T1-5：

T1-3＝(tβ3+tγ3-tα3-tδ3)/2

T1-4＝(tβ4+tγ4-tα4-tδ4)/2

T1-5＝(tβ5+tγ5-tα5-tδ5)/2

然后就可利用时钟差进行网络同步调整，实现全局统一时间基准，从而保证立体定位的精确度和实时性。