[发明专利]一种基于相位测量的无线传感器网络节点定位方法

权利要求书

1.一种基于相位测量的无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立一个无线网络，网内节点包括辅助定位的锚节点和被定位的目标节点Xi(i＝1，2，…，K)；锚节点固定在网内已知位置，包括一个主锚节点M和至少三个从锚节点Sj(j＝1，2，…，N)，主锚节点M已知所有从锚节点的位置坐标信息；待定位的目标节点在网内随机散布；

步骤2，主锚节点M向全网广播本次定位服务的调度安排，包括指定两个从锚节点发射导频信号以及各自的信号发射时间；

步骤3，选定频率f₁作为参考信号频率，主锚节点M在预定时隙向全网广播参考信号，网内其它从锚节点和目标节点接收该信号，并进行频率和相位的跟踪，使得其本地参考信号与接收到的参考信号同步；

步骤4，当步骤2中指定的两个从锚节点完成步骤3中的同步后，各从锚节点依次在其预定发射时隙将其同步好的本地参考信号发回给主锚节点M；与此同时，主锚节点M依次分别接收指定的两个从锚节点发回的参考信号，并与主锚节点本地的参考信号进行相位比较，主锚节点通过比较主、从节点的相位测得该相位差，并结合从锚节点位置信息可进一步消除掉节点间因距离带来的相位差，最终得到针对该从锚节点的相位校正因子；

步骤5，主锚节点分别将相位校正因子回传给该指定的两个从锚节点，从锚节点根据收到的校正因子，调整其发射参考信号的相位，使得该指定的两个从锚节点发射信号的相位同步；

步骤6，在该指定的两个从锚节点相位同步后，它们分别向待定位的目标节点发射各自的参考信号，同时目标节点分别对各指定的从锚节点发来的参考信号进行相位测量，由于该指定的两个从锚节点发射信号是同步的，因此目标节点测得的相位将随目标节点到指定从锚节点的距离不同而不同，最终，目标节点将得到各指定的从锚节点参考信号的相位差，该相位差包含了目标节点到各指定的从锚节点的距离差信息，但由于相位具有2π模糊性，所以仅在一个频率上测量不能确定该距离差；

步骤7，重新选取频率f₂，f₃，…，f_L(L≥2)作为参考信号的频率，重复步骤3到步骤6的测量过程，目标节点将得到不同频率下的相位差，由此可以排除相位的模糊性，从而得到目标节点到该指定的两个从锚节点的一组距离差；

步骤8，重新指定两个从锚节点，重复步骤2到步骤7的过程，目标节点将得到其到该重新指定的两个从锚节点的另一组距离差；当目标节点测得至少2组距离差信息后，根据几何计算方法，目标节点即可实现自身节点位置的定位。

2.如权利要求1所述的基于相位测量的无线传感器网络节点定位方法，

其特征在于，所述步骤8的几何计算方法为双曲线算法：当进行第一次测量后，得到目标节点Xi到从锚节点S1、S2的距离差，即测量出其中表示节点X_i到节点S_j的距离，m₁表示第一次测得的距离差值，这实际上在二维平面上构成了一条双曲线，从锚节点S1和S2分别处于该双曲线的两个焦点上；当重新选取两个从锚节点S2和S3进行测量时，则由距离差构成另一条双曲线，从锚节点S2和S3分别处于该双曲线的两个焦点上，目标节点Xi即处于所构成的两条双曲线的交点上，因而可以利用几何学计算出节点Xi的具体位置。

3.如权利要求1所述的基于相位测量的无线传感器网络节点定位方法，其特征在于，所述步骤3中，频率和相位的跟踪是指，从锚节点在主锚节点发射的参考信号作用下，采用锁相环的方式进行频率和相位跟踪，不断调整自身参考信号的频率和相位，使得两者频率保持一致，相位差保持恒定。