[发明专利]一种基于啁啾扩频实现定时定位的方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于啁啾扩频实现定时定位的方法，包括：基于从不同网关接收到的接收信号强度指示RSSI值以及目标节点到达网关的时间TOA的方差与最大偏差进行TOA样本筛选，并得到TOA样本及其对应的M个网关；对所述TOA样本进行预处理后得到最终的TOA测量值；从所得到M个网关中选择N个网关，构成多网关Chan算法的目标函数，对N个网关按照Chan算法进行推导得出参考解和定位解；并根据定位解及参考解的残差确定目标节点坐标。根据本发明提供的技术方案，可大大减小了计算复杂度以及资源，综合考虑网络拓扑结构以及TOA测量误差(多径以及时钟偏差等)，使得在复杂环境中的定位精度大大提升。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及定时定位技术，具体涉及一种 基于啁啾扩频CSS实现定时定位的方法及系统。

背景技术

啁啾扩频(CSS，Chirp Spread Spectrum)技术即线性扩频技术，是一 种宽带线性调频(Chirp Modulation)，其他常用的扩频技术包括FHSS，DSSS， THSS。超宽带(UWB，UltraWide Band)使用啁啾扩频。其特点可归纳为： 抗干扰及抗多径能力强，功耗及延迟较低，传输距离远以及测距能力强。即 该技术能够应用于大多数复杂的环境，因此被广泛应用于无线定位系统，比 如，室内无线定位(智能车库、工业监测和控制)以及室外无线定位(室外人员以及网络设备定位，事故管理以及远程病人定位)。

业界提出了多种基于CSS技术的定时定位方案，主要集中于基于测距 的方案，可以分为：TOA、TDOA、AOA以及RSSI四类。综合考虑实现定位精 度、成本以及功耗，应用最为广泛的为TOA以及TDOA，但这些方案存在以下 问题：1)没有考虑收发两端的时钟偏差，即TOA的测量误差较大，导致最终 的定位误差较大；2)收端利用GPS进行时钟同步，增大了成本；3)未综合 考虑网络拓扑结构以及多径影响，在复杂环境下，其定位精度较低。在目前 物联网(如lora)发展迅速的前景下(其应用可覆盖上述室内外各种场景)， 如何在复杂环境中实现低成本高精度的无线定位具有重要的研究意义。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种定位方法及系统，实 现低成本高精度的无线定位。

为实现本发明的目的，本发明实施例提供一种基于啁啾扩频CSS实现定 时定位的方法，包括：

基于从不同网关接收到的接收信号强度指示RSSI值以及目标节点到达 网关的时间TOA的方差与最大偏差进行TOA样本筛选，并得到RSSI大于预定 门限且TOA样本方差以及最大偏差小于预定值的TOA样本及其对应的M个网 关；

对所述TOA样本进行预处理，排除偏差较大的TOA样本后，对剩余TOA 样本进行求平均得到最终的TOA测量值；

从所得到M个网关中选择N个网关(3≤N≤M)，构成多网关Chan算法的目 标函数，以距离目标节点最近的网关(即TOA最小)作为参考网关，计算其余 网关与参考网关间的TDOA值(TDOA_i0＝TOA_i-TOA₀)；

对所述N个网关按照Chan算法进行推导得出五个解，分别为一个参考 解和四个定位解；

在所述四个定位解中保留与参考解最接近的一个解，参与后续运算；

分别计算所述四个定位解以及参考解对应的TDOA残差；

在所述四个定位解以及参考解中选取残差最小的定位解作为最终的目标 节点坐标。

在该方法中，在进行TOA样本筛选之前，测算目标节点到达各网关的时 间TOA，具体包括如下步骤：

待定位的目标节点向指定网关发送定位请求；

该网关接收定位请求，并进行同步以及解调处理；解调完毕后，基站向 目标节点发送定位响应；