[发明专利]一种低复杂度的高精度单锚节点定位测试系统和方法

权利要求书

1.一种低复杂度的高精度单锚节点定位方法，所述方法利用低复杂度的高精度单锚节点定位测试系统实现，所述系统利用一个锚节点完成目标节点的定位，该系统包括：锚节点和目标节点；

所述锚节点包括：锚节点支架以及安装在其顶端的锚节点全向天线，在锚节点支架上安装有天线底板，在天线底板上安装有多个定向天线；各个定向天线分别与一个低噪音放大器连接，低噪音放大器与检波器连接，检波器与模数转换器连接，模数转换器与锚节点微处理器连接，锚节点全向天线与锚节点无线收发芯片连接，锚节点无线收发芯片与锚节点微处理器连接；

所述目标节点包括：目标节点支架以及安装在目标节点支架顶端的目标节点全向天线，所述目标节点全向天线与射频前端连接，射频前端与目标节点无线收发芯片连接,目标节点无线收发芯片、射频前端分别与目标节点微处理器连接；其特征在于：所述方法包括：

(1)建立天线信号强度指纹库；

(2)单锚节点定位；

所述步骤(1)是这样实现的：

(11)将所述锚节点和目标节点按指定间距d₁放置，且锚节点的定向天线D₁朝向正对目标节点；

(12)将所述锚节点全向天线和目标节点全向天线等高放置；

(13)所述锚节点微处理器将所有低噪音放大器、检波器关闭，并关闭模数转换器， 启动无线收发芯片，无线收发芯片进入发送状态，发送测试数据包到目标节点，然后无线收发芯片进入接收状态，同时启动所有低噪音放大器、检波器；

(14)目标节点上电后保持在接收状态，当接收到测试数据包后延时1ms，切换到发送状态，发送应答数据包，然后返回接收状态；

(15)当锚节点检测到应答数据包的前导字后启动模数转换器，开始读取各定向天线对应的模数转换器的通道数值并存入缓冲区，当数据包接收完毕后取出定向天线D₁对应的缓冲区数据并取平均值trssi₁，并从锚节点无线收发芯片中取出锚节点全向天线的信号强度trssi_a，将trssi₁和trssi_a存入天线信号强度指纹库临时数组TmpR1[]和TmpRa[]；

(16)接收过程完毕，关闭所有的低噪音放大器、检波器和模数转换器；

(17)连续多次测量，取TmpR1[]和TmpRa[]的平均值，存入天线信号强度指纹库数组RSSIR1[]和RSSIRa[]，将距离d₁存入距离数组RSSID[]；

(18)按照设定值增加距离，在不同的距离上重复NM次步骤(11)至步骤(17)，获得天线信号强度指纹库；

所述步骤(2)是这样实现的：

(21)锚节点处于接收状态，开启所有的低噪音放大器、检波器，当检测到无线数据包的前导字后启动模数转换器,开始读取各定向天线对应的模数转换器的通道数值并存入缓冲区；

(22)当数据包接收完毕后取出所有定向天线D₁～D_N对应的缓冲区数据并取平均值rssi₁～rssi_N,并从锚节点无线收发芯片中取出锚节点全向天线的信号强度RSSIt；

(23)计算目标节点与锚节点距离Dis；

(24)计算目标节点与锚节点间角度；

所述步骤(24)是这样实现的：

根据定向天线数量N将计算区域划分为2*N个子计算区域，各天线主轴方向分别为360*(n-1)/N度，其中n＝1，2,..,N，n为天线编号；

天线主轴方向同时为天线方向性图中信号最强方向；

每个子区域覆盖角度为

首先取出信号强度最强的三根定向天线,编号为D_a,D_b,D_c；对应的信号强度为rssi_a,rssi_b和rssi_c,且rssi_a＝rssi_b＝rssi_c；

如果rssi_a＝rssi_b＝rssi_c，且a,b,c连续，则取三个编号中的中间天线主轴方向为目标节点实际角度：

θ＝θ_axis(m),m为a,b,c中的中间天线，

如果rssi_a＝rssi_b＝rssi_c，且a,b,c不连续，则取其中相邻的两个天线主轴中间角度为目标节点实际角度，假设天线编号为k,l,则：

如果rssi_arssi_b且rssi_b＝rssi_c则目标节点实际角度为a天线主轴方向对应角度：

θ＝θ_axis(a)

否则：

首先计算目标节点相对于参考轴的偏移角：

其中Rstep＝13,为定向天线方向性图主轴上的信号强度最大值与方向性图偏离主轴θ_sub处信号强度的差值，θ_sub为子区域角度；将天线方向性图划分为多个子区域，在每个子区域中信号强度最强的两个天线为两个有效节点，在每个子区域中两个有效节点的交点与原点的连线为参考轴；

然后求得目标节点的实际角度：

θ＝α+Pex×θ₀ (2)

其中α为参考轴角度，Pex为角度方向参数，其取值为1或者-1；

当目标节点远离参考轴时，用下式计算：

θ＝α+Pex×(θ₀+θ_sub) (4)

其中Rstep’，θ_sub’的值为根据天线方向性图计算得到的经验值。