[发明专利]一种标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及利用通信技术与信息技术实现一种标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法。 

背景技术

现有的标签主动向锚节点发出信号实现定位方法，通常包括接收信号强度方法(received signal strength,简称RSS)、信号到达时间方法(time of arrival,简称TOA)、信号到达时间差方法(time difference of arrival,简称TDOA)等。其中, RSS方法受到信号反射、散射、绕射等多径衰减与遮挡影响非常严重，实际上存在较大误差。TOA和TDOA方法具有较高的定位精度。这两种方案用于标签主动向锚节点发出信号实现定位时, 需要测量标签所发出的信号到达各个锚节点的绝对时间或时间差，以计算出标签的坐标。TOA方案通常需要锚节点与标签间的时间同步，TDOA方案通常需要锚节点之间的时间同步，从而导致系统复杂，建设与维护成本升高。 

发明内容

基于现有标签主动向锚节点发出信号实现定位方法中，通常需要锚节点之间或标签与锚节点之间的时间同步，从而导致系统复杂成本过高的问题，本发明的目的是提供一种利用通信技术与信息技术实现标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法。 

假设区域内有N个锚节点，以A1，…AN来代表。每个锚节点具备绝对或相对坐标。区域内有多个标签，使用M0代表其中的一个。每个锚节点和标签具备唯一的标识。锚节点和标签可以发出与定位相关的数据包，称为定位广播包。该定位广播包有如下3个特征：1）可以被一定范围内的锚节点所接收；2）包含发送设备（锚节点与标签）的标识；3）采用接收设备（锚节点）易于计算到达时间的信号调制方式如CSS（线性调频扩频）调制或者采用UWB（超宽带）信号。 

使用Taiaj表示Ai接收到Aj所发出的定位请求广播包的相对于Ai本地时钟的准确到达时间，并以此类推。使用Taim0 表示Ai接收到M0所发出的定位广播包的相对时间，并以此类推。使用Xai表示Ai发出定位广播包的绝对时间,并以此类推。使用Xm0表示M0发出定位广播包的绝对时间。使用Faiaj表示Aj所发出的定位广播包数据包到达Ai所需要的时间。对于无线通信设备来说，该值表示定位广播包的无线信号从Aj天线相位中心到达Ai天线相位中心所需要的时间，该值可以认为是Aj与Ai之间的距离除以信号传播速度，有Faiaj = Fajai,并以此类推。用Faim0表示M0所发出的定位请求广播包数据包到达Ai所需要的时间,并以此类推。使用Rai表示Ai接收器件延迟。对于无线载波通信设备来说，该值表示定位请求广播包无线信号从Ai天线相位中心经过射频接收电路与模数转换器件，转换为数字信号的延迟。在本方案所涉及到的时间范围内，可以认为Ai所接收到的每个定位请求广播包，该值均一致。而不同的锚节点，该值会有不同。Taiaj – Taiam表示Aj和Am所发出定位广播包到达Ai的时间差，该时间差基于Ai的时钟计算。考虑到当前硬件技术水准，在本技术方案所涉及到的时间范围内，锚节点时钟的频差与抖动可以归于噪声范畴而不影响数据分析。与此类似，Taim0 – Taiaj表示M0和Aj所发出定位广播包到达Ai的时间差。 

以下所称“设备”表示锚节点或标签。 

本发明的技术方案具体是这样实现的，包括如下步骤。 

1.各个锚节点由时间或事件触发，发出定位广播包；同时接收其他锚节点所发出的定位广播包，得到发送锚节点标识，计算该定位广播包相对于本地时钟的准确到达时间，并记录。 

根据不同应用需求，可以由时间或事件触发各个锚节点发出定位广播包。例如，每个锚节点可以每隔一定时间间隔，发出定位广播包。也可以通过管理服务器，通知区域内的锚节点发出定位广播包。时间间隔根据应用需求可以从数秒到数十秒，一般说来，过大的时间间隔，会导致锚节点时钟频差及抖动累计，从而影响定位精确度。 

在多设备共享通信信道情况下，应该采取信道共享机制，以保障每个锚节点和标签都得到发送机会。 

不要求各锚节点按照特定顺序发送上述定位广播包。 

2.各个标签要求定位时，发出定位广播包。锚节点接收标签所发出的定位请求广播包，得到发送标签标识，计算该定位广播包相对于本地时钟的准确到达时间，并记录。 

  

3.锚节点将上述发送标签标识和相对于本地时钟的准确到达时间，以及步骤1所记录的其他锚节点所发出的定位广播包的相对到达时间和发送锚节点标识一同上传到指定的集中解算单元。