[发明专利]一种双向测距与定位方法

说明书

本发明提供一种双向测距与定位方法，该方法包括以下步骤：锚节点i发射测距信号，并记录该锚节点i的测距信号的发送时刻以及该锚节点的ID标识，其中i＝1，2，…n，n≥3；移动终端接收和解调来自所述锚节点i的测距信号，并重新进行信息调制后向所述锚节点i转发经调制的测距信号；锚节点i从移动终端接收并识别该锚节点i的经调制的测距信号，并记录所述经调制的测距信号的接收时刻根据发送时刻接收时刻锚节点i的位置坐标，计算移动终端的位置坐标。

技术领域

本发明涉及物联网领域。具体的，涉及一种双向测距与定位方法。

背景技术

室内定位是物联网的核心技术之一。

由于全球定位系统GPS等全球导航卫星系统GNSS的卫星信号难以有效覆盖室内环境，因此室内定位通常需要基于室内锚节点实现。这些锚点节点可以是不同类型的传感器，包括射频标签RFID、无限局域网Wi-Fi、蓝牙BlueTooth、紫蜂ZigBee、超宽带UWB等。

实现室内定位的方法体制有多种。其中，基于距离测量和交会的定位是最为有效和常用的方法之一。锚节点至移动终端之间的距离可以通过信号强度RSSI测量或到达时间TOA测量两种方式获得。其中，信号强度测量依赖和使用无线电信号场强衰减模型，受具体环境和情况影响很大，但方法对各锚节点之间时间同步的精度要求较低。经典的到达时间测量类似于室外GPS，通过测量信号从锚节点到达移动终端所经历的时间计算两者之间的距离，能够获得很高的测距精度，但方法对各锚节点之间时间同步的精度要求很高。据估算，锚节点之间10ns的时间同步误差，即能够导致3m的测距误差，从而最终影响定位精度；而如果采用原子钟或其他高性能时钟晶振对锚节点进行时间同步，则会导致成本过高，以及系统复杂度的大幅度提升。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种双向测距与定位方法，用于解决由于锚节点之间的时间同步误差造成的定位误差的问题，从而获得较高的定位精度。

本发明提供了一种双向测距与定位方法，该方法包括以下步骤：锚节点i发射测距信号，并记录该锚节点i的测距信号的发送时刻以及该锚节点的ID标识，其中i＝1，2，...n，n≥3；移动终端接收和解调来自所述锚节点i的测距信号，并重新进行信息调制后向所述锚节点i转发经调制的测距信号；锚节点i从移动终端接收并识别该锚节点i的经调制的测距信号，并记录所述经调制的测距信号的接收时刻根据发送时刻接收时刻锚节点i的位置坐标，计算移动终端的位置坐标。

优选的，所述锚节点i将所述发送时刻和所述接收时刻发送给所述移动终端；所述移动终端计算该移动终端的位置坐标。

优选的，所述锚节点i将所述发送时刻和所述接收时刻发送给后台处理器；所述后台处理器计算该移动终端的位置坐标；所述锚节点i将所述移动终端的位置坐标发送至所述移动终端。

优选的，所述测距信号为无线电测距信号。

优选的，所述无线电测距信号为脉冲测距信号、扩频码测距信号、或载波测距信号中的一种。

优选的，所述移动终端对所述测距信号进行重新调制时，对所述测距信号添加所述锚节点i的ID标识。

优选的，可以根据公式计算移动终端的位置坐标的横坐标值X、纵坐标值Y、竖坐标值Z及信号处理时延Δt，其中为锚节点i的位置坐标的横坐标，为锚节点i的位置坐标的纵坐标，为锚节点i的位置坐标的竖坐标，c＝3×10⁸米/秒。

优选的，通过对公式展开泰勒级数，进行高斯-牛顿线性化迭代求解或卡尔曼滤波求解，计算移动终端的位置坐标的横坐标值X、纵坐标值Y、竖坐标值Z及信号处理时延Δt。