[發(fā)明專利]一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位系統(tǒng)和定位方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611165010.6
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106842117A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王垚;王縛鵬;何成龍;晁磊;于雪崗;崔淼;王帥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 河北東尚律師事務(wù)所13124
• 代理人: 王文慶

本發(fā)明提出了一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位系統(tǒng)和定位方法，屬于無線通信定位領(lǐng)域。本發(fā)明的定位系統(tǒng)由1個數(shù)據(jù)處理中心與若干節(jié)點終端組成。其中，各節(jié)點終端結(jié)構(gòu)、功能完全相同，均由測距模塊、路由模塊、供電模塊和邏輯控制模塊組成。該系統(tǒng)融合線性調(diào)頻擴頻(Chirp Spread Spectrum，CSS)測距技術(shù)與ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)，基于跳數(shù)最小原則優(yōu)選定位節(jié)點，實現(xiàn)新節(jié)點的自主接入與定位。該系統(tǒng)成本低、功耗小、定位時間短、適用性廣，尤其可解決惡劣地理環(huán)境下的群體間高精度定位問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信定位領(lǐng)域，涉及一種融合基于CSS的SDS-TWR精密測距與ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)的異步自組網(wǎng)定位系統(tǒng)及定位方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的定位技術(shù)對于基礎(chǔ)設(shè)施的依賴使得其在諸如沒有衛(wèi)星、沒有移動通信等基礎(chǔ)設(shè)施、盲區(qū)、月球、火星表面等惡劣信息環(huán)境下難以滿足定位的需求。考慮以下可能發(fā)生在惡劣信息環(huán)境下的情況：火災(zāi)救援中，消防員對位置通信有需求，但基礎(chǔ)的室內(nèi)定位設(shè)施已經(jīng)被毀壞，這是快速的布置定位系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的。戰(zhàn)爭時期如現(xiàn)代戰(zhàn)爭巷戰(zhàn)、叢林作戰(zhàn)等，快速、便捷的定位往往是制勝的關(guān)鍵，而在衛(wèi)星的定位系統(tǒng)被摧毀的或者定位精度不高的情況下，此時就需要一套精準便捷的定位系統(tǒng)。單獨的zigbee系統(tǒng)由于其組網(wǎng)功能強大具備快速布置便捷定位系統(tǒng)的能力，但目前已有的zigbee定位系統(tǒng)大多采用RSSI定位算法，基于射頻信號強弱的RSSI定位算法，是一種常見的基于射頻信號強弱來測試距離的定位方法。它的定位原理是：已知信標節(jié)點的發(fā)射強度，盲節(jié)點在接收到信標節(jié)點的信號時，測量出當前發(fā)射信號的強度，根據(jù)前后的信號強度差(耗損強度)計算出信標節(jié)點和盲節(jié)點的間距，由于傳感器節(jié)點本身具有信號的無線收發(fā)能力，我們僅需測量出信號的耗損強度就可以實現(xiàn)測距，因此RSSI是一種易實現(xiàn)、低成本的測距算法。但在實際的無線傳感器定位網(wǎng)絡(luò)中，反射、多徑傳播、非視距、天線增益等問題都會對信號強度的損耗造成影響。因此RSSI也是一種粗糙的測距算法，其在實際應(yīng)用中的定位精度比較低。由于以上原因，造成現(xiàn)有的zigbee定位系統(tǒng)具有定位精度不高(實用中3-20米誤差)，環(huán)境適應(yīng)差，容易受外界干擾，無法在工程中應(yīng)用等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對復(fù)雜環(huán)境下對于快速定位的要求，提出了一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理中心、基于ZigBee技術(shù)的自組織網(wǎng)絡(luò)，基于CSS技術(shù)的測距模塊和具有定位標簽的終端設(shè)備。本系統(tǒng)利用CSS技術(shù)在惡劣環(huán)境下測距精度高的優(yōu)勢與ZigBee技術(shù)的自組網(wǎng)能力，通過快捷布置錨節(jié)點的方法達到快速、精確定位的目的。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)處理中心和多個節(jié)點終端，所述節(jié)點終端包括至少3個主錨節(jié)點和標簽節(jié)點，從主錨節(jié)點中任選一個作為路由管理器，每個節(jié)點終端結(jié)構(gòu)相同，均包括測距模塊、路由模塊、供電模塊和邏輯控制模塊，

作為路由管理器的主錨節(jié)點的路由模塊用于建立網(wǎng)絡(luò)，將測距指令和所有主錨節(jié)點的ID發(fā)送至標簽節(jié)點的路由模塊；同時還用于將所有標簽節(jié)點修正后的測距值和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)信息通過串口輸出至數(shù)據(jù)處理中心；

標簽節(jié)點的路由模塊用于接收作為路由管理器的主錨節(jié)點的路由模塊發(fā)送的測距指令和所有主錨節(jié)點的ID并發(fā)送至自身的邏輯控制模塊，同時還用于將修正后的測距值輸出至作為路由管理器的主錨節(jié)點的路由模塊；

標簽節(jié)點的測距模塊用于接收測距指令和所有主錨節(jié)點的ID，并根據(jù)測距指令通過SDS-TWR算法完成標簽節(jié)點與主錨節(jié)點的測距，獲得標簽節(jié)點和所有主錨節(jié)點之間的測距值，將測距值發(fā)送至自身邏輯控制模塊；

標簽節(jié)點的邏輯控制模塊用于向自身測距模塊發(fā)送測距指令；同時還用于對收到的測距值進行誤差修正，將修正后的測距值輸出至自身路由模塊；