[发明专利]一种大范围复杂室内环境中精确定位的方法

说明书

本发明属于室内定位技术领域，具体为一种大范围复杂室内环境中精确定位的方法本发明在基于UWB的大规模无线网络的定位系统中，用传感器网络定时同步协议(TPSN)创建网络的生成树进行全局网络时钟同步，然后对每个定位基站的累积时钟误差进行校正，从而实现高精度的定位。利用到达时间差测距原理进行定位，需要通过无线同步的方式，构建分层结构(生成树)扩展时钟同步网络的范围，使接收定位帧的基站间的时钟高精度同步。通过时钟误差校正方法，对每个待定位点的时钟同步累积误差进行校正，有效地降低了每个待定位点由于时钟同步引入的累积误差，进而提高系统的定位精度。

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，具体为一种大范围复杂室内环境中精确定位的方法。

背景技术

随着我国经济的发展，物联网技术的进步，人们面临的环境越来越复杂、室内空间越来 越庞大、出行方式越来越多样化。这就意味着基于位置的服务深入到生活的方方面面，有着 极大的市场与机遇。现有的基于Bluetooth，WiFi、红外线、惯导、地磁等室内定位技术，定 位精度不是很高。而超宽带(UWB)定位技术，采用无载波通信，利用超窄脉冲的方式发送 数据，具有很高的传输速率、多径分辨率、时间分辨率和定位精度，利用其独特的通信机制 和特点，可为室内位置服务提供很好的解决方案，实现更精确的定位。

基于TDOA的UWB定位方法中，时钟同步是与定位技术的准确性直接相关的关键因素。 在绝对时间同步方案中指出，时钟同步既要做到脉冲的同步，也要实现频率的一致。为无线 传感器网络领域开发的现有时间同步协议有两种，分别为文献“Elson J.Fine-Grained Network Time Synchronization using Reference Broadcasts[J].Acm SigopsOperating Systems Review, 2002,36.”提出的参考广播同步(RBS)算法和文献“Ganeriwawal,S.Kumar,R.Srivastava, M..(2003).Timing-Sync Protocol forSensor Networks.He FirstACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems(SenSys).138-149”提出的传感器网络定时同步协议(TPSN)。在 RBS中，参考消息被广播，接收机在接收参考广播时记录其本地时间，并相互交换记录的时 间。RBS的主要优点是它消除了发送方不确定性。该方法的缺点在于，需要额外的消息交换 来在节点之间传递本地时间戳。该算法尚未扩展到大型多跳网络。TPSN算法首先创建网络 的生成树，然后沿边缘执行成对同步。每个节点通过与层次结构中较高一级的时钟参考节点 交换两个同步消息来进行同步。TPSN可以实现比RBS好两倍的性能。TPSN的缺点是它不 估计节点的时钟漂移，这限制了它的准确性，并且不处理动态拓扑变化。

发明内容

本发明的目的是，在基于UWB的大规模无线网络的定位系统中，用TPSN算法创建网络的生成树进行全局网络时钟同步，然后对每个定位基站的累积时钟误差进行校正，从而提 高定位的准确性，实现高精度的定位。如图1所示，通过构建分层结构(生成树)可以直接扩展到网络范围的时钟同步，并在相邻级之间执行成对的同步。如图2所示，使用校正方法进行时钟累积误差的校正，在传统TDOA定位方法基础上，增加一个已知自身实际位置坐标的参考点，该参考点可以是定位基站也可以是标签。参考点与待定位标签都可以通过发送定 位信息进行定位。在各定位基站得到参考点和待定位标签发送的定位信息后，通过TDOA算 法(如CHAN算法、FANG算法等)即可解得目标位置。

本发明的技术方案是：首先用TPSN算法创建网络的时钟生成树进行全局网络时钟同步； 然后对同步时钟的累积误差进行分析，通过引入校正方法，在收到待定位标签发送的定位信 息时，先对参考点进行定位测量，然后对参考点的真实位置进行处理得到定位基站的累积时 钟误差校正值，再对待定位标签用修正补偿后的定位基站数据进行定位，包括以下步骤(参 考点设为定位基站)：