[發(fā)明專利]一種基于TDOA的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310439431.3
• 申請(qǐng)日: 2013-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103491630A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 遲子鋮;羅平;向鳳紅;毛劍琳;付麗霞;郭寧;段紹米
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W64/00
• 分類號(hào): H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于TDOA的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置，屬于嵌入式開(kāi)發(fā)與無(wú)線通信的交叉領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（Wireless?Sensor?Network，WSN）的研究起步于20世紀(jì)90年代末期，是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的巨大應(yīng)用價(jià)值，它已經(jīng)引起了世界許多國(guó)家的軍事部門、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)作來(lái)完成任務(wù)。因此能應(yīng)用于許多領(lǐng)域。因此傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以被廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、軍事、安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生等許多領(lǐng)域。

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信息，都需要包含有位置信息才有意義。所以無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中定位是現(xiàn)在所面臨的一個(gè)難題。現(xiàn)有的定位技術(shù)中常用的GPS定位室外定位精度6m，室內(nèi)無(wú)法定位，而且成本昂貴；到達(dá)角度（Angle?Of?Arrival，AOA）方式定位需要添加天線陣列，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜且增加了節(jié)點(diǎn)成本和功耗開(kāi)銷；接收信號(hào)強(qiáng)度（Received?Signal?Strength?Indicator，RSSI）方式雖然成本低，使用簡(jiǎn)單，但是誤差是通信距離的20%-50%，不能滿足高精度定位的要求；到達(dá)時(shí)間（Time?of?Arrival，TOA）方式需要無(wú)線傳感網(wǎng)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的同步，通常基于自組織網(wǎng)絡(luò)的定位算法存在多跳方式產(chǎn)生的累積誤差問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有定位技術(shù)中需要實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，成本高及定位精度低的不足，提供了一種基于TDOA（Time?Difference?Of?Arrival，到達(dá)時(shí)間差）的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法及裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于TDOA的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位方法，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間首先采用超聲波信號(hào)和RF射頻信號(hào)測(cè)量距離，然后使用CC2420射頻模塊完成節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信；其中網(wǎng)絡(luò)中的錨節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)開(kāi)始和結(jié)束整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的測(cè)距，接收各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)融合再上傳到上位機(jī)；網(wǎng)絡(luò)中的未知節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)確定發(fā)送測(cè)距信號(hào)以及傳輸采集的傳感數(shù)據(jù)；所述定位方法的具體步驟如下：

步驟1：錨節(jié)點(diǎn)1負(fù)責(zé)開(kāi)始和結(jié)束測(cè)距的步驟：

步驟1.1：初始化錨節(jié)點(diǎn)1并設(shè)定其ID=01；

步驟1.2：通過(guò)錨節(jié)點(diǎn)1的RF12射頻模塊Ⅰ14廣播一個(gè)ID=01的信號(hào)作為系統(tǒng)測(cè)距的開(kāi)始信號(hào)；

步驟1.3：廣播ID=01的信號(hào)后，立刻通過(guò)超聲波收發(fā)模塊Ⅰ15發(fā)送一個(gè)超聲波信號(hào)；

步驟1.4：延時(shí)等待接收CC2420信號(hào)；

步驟1.5：判斷延時(shí)△T₁是否超過(guò)閾值△T₀：

如果△T₁＞△T₀，則通過(guò)RF12模塊發(fā)送ID=00表示系統(tǒng)結(jié)束測(cè)距，將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)；

如果△T₁≤△T₀，則成功接收CC2420信號(hào)并保存數(shù)據(jù)，同時(shí)返回至步驟1.4；

步驟2：未知節(jié)點(diǎn)2的測(cè)距步驟：

步驟2.1：初始化未知節(jié)點(diǎn)2，給每一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)ID=2,3,4…N并初始化FLAG=1；

步驟2.2：未知節(jié)點(diǎn)開(kāi)始等待RF信號(hào)；

步驟2.3：未知節(jié)點(diǎn)接收到RF信號(hào)時(shí)，記錄節(jié)點(diǎn)ID和到達(dá)時(shí)刻t₁，并對(duì)ID進(jìn)行判斷：