[發(fā)明專(zhuān)利]一種雙向收發(fā)一體化超聲測(cè)距方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610004319.0
• 申請(qǐng)日: 2016-01-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105548966B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉彤;王仕達(dá);麻付強(qiáng);白紅英;劉方捷;唐靜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S5/26
• 分類(lèi)號(hào): G01S5/26
• 代理公司: 北京市廣友專(zhuān)利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種雙向收發(fā)一體化超聲測(cè)距方法及系統(tǒng)，能夠減少網(wǎng)絡(luò)流量、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和節(jié)點(diǎn)功耗。所述方法包括：將網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘進(jìn)行同步；處于發(fā)送超聲波狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)向四周360°發(fā)送超聲波信號(hào)，處于接收超聲波狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)并接收所述超聲波信號(hào)，其中，處于發(fā)送超聲波狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，處于接收超聲波狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為接收節(jié)點(diǎn)；對(duì)超聲波信號(hào)在空氣中的傳播速度進(jìn)行溫度自適應(yīng)補(bǔ)償；當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)接收到所述超聲波信號(hào)時(shí)，所述接收節(jié)點(diǎn)停止計(jì)時(shí)，并根據(jù)停止計(jì)時(shí)與開(kāi)始計(jì)時(shí)之間的時(shí)間差及溫度自適應(yīng)補(bǔ)償后的超聲波信號(hào)的傳播速度，確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離。本發(fā)明適用于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種雙向收發(fā)一體化超聲測(cè)距方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新近的信息獲取和處理技術(shù)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大規(guī)模監(jiān)測(cè)和追蹤任務(wù)，而網(wǎng)絡(luò)自身定位是大多數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用,不知道傳感器位置而感知的數(shù)據(jù)是沒(méi)有意義的。傳感器節(jié)點(diǎn)必須明確自身位置才能詳細(xì)說(shuō)明“在什么位置或區(qū)域發(fā)生了特定事件”，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部目標(biāo)的定位和追蹤。另一方面，了解傳感器節(jié)點(diǎn)位置信息還可以提高路由效率，為網(wǎng)絡(luò)提供命名空間，向部署者報(bào)告網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖耘渲谩６斯げ渴鸷蜑樗芯W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安裝GPS 接收器都會(huì)受到成本、功耗、擴(kuò)展性等問(wèn)題的限制，甚至在某些場(chǎng)合可能根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此必須采用一定的機(jī)制與算法實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)的自身定位。

比較普遍的是基于測(cè)距技術(shù)的定位，其中，常用的方法包括：基于接收端信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)、基于到達(dá)時(shí)間(TOA)、基于到達(dá)角度(AOA)、基于到達(dá)時(shí)間差(TDOA)等。

傳統(tǒng)的超聲測(cè)距方法屬于TDOA方法，利用射頻和超聲到達(dá)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離，在每次測(cè)距過(guò)程中必須發(fā)送一包射頻數(shù)據(jù)，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)測(cè)距次數(shù)增加時(shí)，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載造成一定壓力，同時(shí)也會(huì)增加節(jié)點(diǎn)功耗，縮短網(wǎng)絡(luò)的生存周期。且由于發(fā)送射頻包的時(shí)延不僅和網(wǎng)絡(luò)傳輸模型有關(guān)，還和網(wǎng)絡(luò)使用的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)有關(guān)，不能近似忽略發(fā)送射頻包的時(shí)延。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雙向收發(fā)一體化超聲測(cè)距方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的傳統(tǒng)超聲測(cè)距方法中頻繁發(fā)送射頻信號(hào)導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載壓力大、節(jié)點(diǎn)功耗大、生存周期短和時(shí)延長(zhǎng)的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種雙向收發(fā)一體化超聲測(cè)距方法，包括：

將網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘進(jìn)行同步；

處于發(fā)送超聲波狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)向四周360°發(fā)送超聲波信號(hào)，處于接收超聲波狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)并接收所述超聲波信號(hào)，其中，處于發(fā)送超聲波狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，處于接收超聲波狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為接收節(jié)點(diǎn)；

根據(jù)超聲波信號(hào)的傳播速度與環(huán)境溫度的關(guān)系，對(duì)超聲波信號(hào)在空氣中的傳播速度進(jìn)行溫度自適應(yīng)補(bǔ)償；

當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)接收到所述超聲波信號(hào)時(shí)，所述接收節(jié)點(diǎn)停止計(jì)時(shí)，并根據(jù)停止計(jì)時(shí)與開(kāi)始計(jì)時(shí)之間的時(shí)間差及溫度自適應(yīng)補(bǔ)償后的超聲波信號(hào)的傳播速度，確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離。

進(jìn)一步地，所述處于發(fā)送超聲波狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)向四周360°發(fā)送超聲波信號(hào)，處于接收超聲波狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)并接收所述超聲波信號(hào)之前包括：

在各節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)鐘同步后，發(fā)送超聲波信號(hào)之前，將時(shí)間分割為周期性的超幀，每個(gè)超幀包含一組測(cè)距時(shí)隙，每組測(cè)距時(shí)隙用于完成一組測(cè)距；

在每組測(cè)距時(shí)隙的開(kāi)始時(shí)刻判斷當(dāng)前時(shí)隙類(lèi)型；

若當(dāng)前的時(shí)隙類(lèi)型為測(cè)距時(shí)隙時(shí)，則根據(jù)預(yù)先設(shè)定的工作狀態(tài)表，確定各節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)；