[发明专利]一种消除时钟频差的高效被动式时分TDOA定位方法

说明书

本发明公开一种消除时钟频率差的高效被动式时分TDOA定位方法，在定位过程中，标签节点只接收定位信号，不需要发送定位信号给锚节点即可完成定位，在这种定位方式下，无论定位区域内标签节点有多少个，都可以完成每个标签节点的定位，极大地提高了系统容量及可靠性；锚节点时钟同步不需要额外的同步网络，极大提高系统效率，降低成本；并且本发明通过在一个区域内布置N(N1)个锚节点，从排列组合的角度来说，一个定位周期内可以得到最多个不同的距离差值，N越大，标签节点得到的距离差值越多，定位精度越高。

技术领域

本发明属于无线定位领域，特别涉及一种TDOA定位技术。

背景技术

无线定位系统是指利用无线电波直线恒速传播特性通过测量固定或运动的物体的位 置以进行定位的技术。无线电定位有雷达、无线电测向、无线电导航系统和全球定位系统 等。无线定位技术可分为广域网定位技术和无线局域网定位技术，其中，广域网定位分为 卫星定位和基站蜂窝移动定位；无线局域网定位主要包括Wi-Fi定位、ZigBee定位、UWB 定位、CSS定位技术等。

在目前的被动式TDOA定位方法中，锚节点工作方式大致分为三种：频分技术、码分技术(如GPS定位)以及时分技术。其中频分或码分方式较为直接，标签节点可同时接收 多个锚节点信号，在保证锚节点时间同步的前提下，可直接对比获取TDOA信息。但对于 某些通信协议(UWB，CSS等)，不具备足够的频分或码分能力，只能采用时分方式。而 时分方式中，各锚节点不能同时发射对应信号，只能按顺序发射对应信号，标签节点接收 到信号后还需利用各锚点发射对应信号时间计算TDOA信息，因此所有锚节点和标签节点 时钟均需同步。若采用额外的无线或有线同步网络，会极大增加系统成本，非常不利于在 成本敏感的局域网定位系统中实施。所以，在此类TDOA定位场景中，如何能够在不使用 额外同步网络的前提下，仍能达到足够的定位精度及可靠性，是亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种消除时钟频率差的高效被动式时分TDOA定位 方法，标签节点只接收定位信号，不需要发送定位信号给锚节点即可完成定位。

本发明的技术方案为：一种消除时钟频率差的高效被动式时分TDOA定位方法，在空 间布置N个锚节点，标签节点根据接收到的某两个锚节点发送的定位信号计算出自己和相 应两个锚节点之间的信号到达时间差；根据得到的若干组到达时间差计算标签节点的坐标。

进一步地，当一维定位时，则N至少为大于或等于2；

当为二维定位时，则N至少为大于或等于3；

当为三维定位时，则N至少为大于或等于4。

更进一步地，最多得到C2_N组到达时间差。

进一步地，每个时间片中有两个锚节点进行通信。

更进一步地，计算到达时间差的这两个锚节点为某个时间片中的两个锚节点。

进一步地，所述到达时间差计算过程为：

A1、对锚节点进行编号，且各锚节点编号唯一；

A2、在一个定位周期内，按照确定的通信顺序，除起始点外，剩下的每个锚节点在收 到上一个锚节点的定位信号后，按相应时间间隔发送两次定位信号；起始锚节点发送一次 定位信号；

A3、标签节点根据接收到的某两个锚节点发送的共三次定位信号，计算该标签节点和 这两个锚节点之间的信号到达时间差；

A4、根据步骤A3得到的若干组组到达时间差。

更进一步地，步骤A2还包括：若当前锚节点的上一个锚节点不是起始锚节点，则该锚节点在收到上一个锚节点发送的第二次定位信号后，按相应时间间隔发送两次定位信号。