[發明專利]一種自主移動設備的定位方法

在審

• 申請號: 201710302519.9
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107241692A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 范光宇;邢譯方;張漠鑫;胡文婷
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W64/00;H04W72/04;H04W84/18;G01S5/12
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩,吳小麗

技術領域

本發明涉及一種自主移動設備的定位方法，屬于無線網絡的節點定位技術領域。

背景技術

移動機器人、AGV車等自主移動設備在現實生活中應用廣泛，這些設備在移動過程中定位是否準確極大地影響它們的性能。現有自主移動設備的定位方法一般使用電磁、光學、無線信號等進行定位和導航。無線網絡中的定位算法一般分為基于距離的定位算法和與距離無關的定位算法。基于距離的定位算法主要是通過測量節點間的實際距離或方位信息，然后使用三邊測量法、三角測量法或極大似然估計法來計算節點位置。距離無關的定位算法主要是利用節點之間的連通性、相對位置或特定的協議估計距離來計算節點位置。在基于距離的定位算法中，主要通過到達時間(TOA)法、到達時間差(TDOA)、到達角度(AOA)法和接收信號強度指示(RSSI)法等方法來測量節點間距或方位。

基于RSSI的定位方法中，微軟公司開發的RADAR系統是一個典型的例子，該系統根據監測區域中部署的多個節點的信號強度，利用信號傳播的經驗模型和理論模型兩種模型來測量節點距離，以獲得節點位置信息。考慮到道路、隧道、管道和線路等特殊地方的監控應用，一些研究者將基于RSSI值的測距法從二維的平面定位算法轉化為一維的直線定位算法，簡化了算法復雜度，提高了定位精度。

基于到達時間(TOA)法、到達時間差(TDOA)等定位的方法，在獲得較高精度的測量數據時，有較好的定位精度，但由于需要各個定位節點間進行時間同步，在實現上帶來一定的復雜性。基于到達角度(AOA)法的定位方法，由于需要天線能獲得較好的到達信號角度的數據，設備也是比較復雜的，同時也帶來較高的成本。距離無關的定位算法則一般是通過大致估計的單跳距離來進行定位，使得定位精度并不高。RADAR系統和一維直線定位算法都是直接采用RSSI值來測距和定位，并未考慮網絡環境和信號衰弱隨機性導致的RSSI值的變化和誤差，也未進行修正。因此，它們在維持方法簡單性的同時，也存在定位精度不高的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種易于實現、成本較低、同時定位精度較高的自主移動設備的定位方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種自主移動設備的定位方法，其特征在于：首先根據待定位節點信號的覆蓋范圍，確定可用的錨節點；再根據錨節點的位置以及錨節點和待定位節點的距離，合理分配待定位節點與錨節點之間定位信號交互的通信時隙，保證待定位節點與錨節點發送和接收定位信號時不會沖突，且待定位節點與錨節點發送和接收定位信號的時隙間隔最小。

優選地，該方法具體步驟為：

步驟1：錨節點按網格方式部署在網絡中，網絡中所有錨節點的位置和編號對所有待定位節點已知；控制中心根據網絡中錨節點的位置，將整個網絡劃分為大致相同大小的網格，每個網格中至少包含3個錨節點，同時保證任一網格內最多只有一個待定位節點；

步驟2：控制中心根據GPS獲得待定位節點所在的大致位置進行初步定位，定位結果為待定位節點所在網格；

步驟3：經初步定位后，以待定位節點所在網格進行分簇，簇頭為待定位節點，待定位節點所在網格的四個錨節點為簇成員；控制中心根據每個簇的位置對每個簇分配時隙；

步驟4：每個簇在自己分配的時隙內進行定位信息交互，并完成精確定位。

更優選地，所述步驟1中，由于自主移動設備需要保證設定的安全距離，當所述安全距離大于網格邊長時，即實現任一網格內最多只有一個待定位節點。

更優選地，所述驟3中，控制中心根據每個簇的位置對每個簇分配時隙的具體方法如下：將每個簇看作一個超級節點，根據網格之間的鄰接關系建立超級節點的網絡拓撲，根據超級節點的鄰接關系進行時隙分配。

進一步地，待定位節點所在網格與其相鄰的4個網格、4個對角網格為相鄰網格，相鄰網格的超級節點為相鄰超級節點。

更進一步地，所述根據超級節點的鄰接關系進行時隙分配的具體方法為：對每個超級節點分配一個時隙，二跳以上的超級節點可時隙復用，時隙分配方法按啟發式算法進行迭代獲得，完成時隙分配后，控制中心將時隙分配結果通知待定位節點，待定位節點在分配給自己所在分簇的時隙內發送定位信號進行精確定位。

優選地，所述步驟4的具體過程如下：

步驟4.1：完成分簇的時隙分配后，待定位節點將分配給自己的時隙分成M個微時隙，M為該分簇內錨節點數，并在每個微時隙中，分別向自己網格所在的各錨節點發送定位信號，每個微時隙向其中一個錨節點發送定位信號；

步驟4.2：錨節點收到定位信號后，立即返回定位回應信號；