[发明专利]一种定位系统中测量Tof和Tdoa的方法

说明书

本发明公开了一种定位系统中测量Tof和Tdoa的方法，选取与标签保持连接的一个锚节点作为通信锚节点，发起通信锚节点与标签的一次请求‑响应式通信，在通信过程中进行以下测量：标签接收请求数据包到发送响应数据包的时间、通信锚节点发出请求数据包到接收到响应数据包的时间、每个监听锚节点接收通信锚节点发送的请求数据包到接收标签发送的响应数据包的时间。最后计算通信锚节点到标签的传播时间和所述响应数据包从标签到监听锚节点的传播时间、生成标签发送的响应数据包到任意两个锚节点之间的传播时间差。本发明无需高精度的同步时钟，具有定位速度较快、定位成本低、定位精度较高的优点，尤其适合于无线网络中设备的定位。

技术领域

本发明涉及一种定位系统中测量Tof和Tdoa的方法，为无线传感器网络的节点定位或者无线接入设备的节点定位提供技术基础,属于信号检测的技术领域。

背景技术

在日常生活、生产过程中常常需要测量无线设备的地理位置信息，测量的瞬时相位越准确，应用的效果往往更好。ToF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离，则一个节点的定位需要多次Tof测量才能达到定位所需要的数据。不同于TOA，传统的TDOA（到达时间差）是通过检测信号到达两个基站的时间差，而不是到达的绝对时间来确定移动台的位置，定位过程中被定位节点只需要发送一次信息即可完成定位，但这也提高了对设备的时钟同步要求。

发明内容

随着现代通信技术的发展，通信设备已经可以获取准确的数据包到达时间，也可以准确控制数据包的发送时间。在此基础上，本发明提出了一种定位系统中测量Tof和Tdoa的方法，该方法在利用地理信息的基础上，只需要收发两个数据包即可完成节点定位。相比较传统的TOF技术，大大缩短了定位时间，但测量精度可能会略有下降；相比较传统的TDOA技术，一次定位的时间稍稍加长，但不需要实现时钟同步的复杂算法和相应过程。本发明的方法尤其适合于采用主从通信模式的无线传感器网络，也可以适合于任一种无线通信网络。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种定位系统中测量Tof和Tdoa的方法，所述定位系统包含需要定位的标签以及至少三个锚节点，所述锚节点包含至少一个与标签保持连接的通信锚节点以及至少两个监听锚节点，所述测量Tof和Tdoa的方法包括以下步骤：

步骤１），发起通信锚节点与标签的一次请求-响应式通信：

步骤1.1），通信锚节点发出请求数据包；

步骤1.2），标签和各个监听锚节点接收通信锚节点发出的请求数据包；

步骤1.3），标签发出响应数据包；

步骤1.4），通信锚节点和各个监听锚节点接收标签发出的响应数据包；

步骤2），在通信锚节点与标签的请求-响应式通信的过程中，对标签接收请求数据包到发送响应数据包的时间进行设定或测量；

步骤3），在通信锚节点与标签的请求-响应式通信的过程中进行以下测量：通信锚节点发出请求数据包到接收到响应数据包的时间、每个监听锚节点接收通信锚节点发送的请求数据包到接收标签发送的响应数据包的时间；

步骤4），根据各个锚节点的地理坐标或各个锚节点之间的距离，计算通信锚节点到标签的传播时间和响应数据包从标签到各个监听锚节点的传播时间，同时生成所述标签发送的响应数据包到任意两个锚节点之间的传播时间差。

作为本发明一种定位系统中测量Tof和Tdoa的方法进一步的优化方案，步骤4）中所述通信锚节点到标签的传播时间的计算方法如下：

通信锚节点到标签的传播时间=（通信锚节点发出请求数据包到接收到响应数据包的时间-标签接收请求数据包到发送响应数据包的时间）/2。