[發(fā)明專利]一種基于TDOA通信距離估計的不確定性分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710368739.1
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107124700A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設計）人: 羅清華;周鵬太;焉曉貞;韓志豪;王垚;張輝;沈豪;李平;彭喜元
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學（威海）
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W64/00;G01S5/30;G01S5/14;G01S5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及通信距離估計和定位技術。

背景技術

實際無線通信環(huán)境中，由于噪聲、環(huán)境和測量誤差等不良因素的影響，引起通信距離估計具有較大的誤差，導致通信距離估計結果具有很強的不確定性，給通信距離估計精度提高的途徑和方法，以及通信距離值在后續(xù)定位計算等處理方法提出了挑戰(zhàn)。針對上述問題，本發(fā)明對基于TDOA通信距離估計過程中引起不確定性的因素進行敏感性分析，分析出導致不確定性的主要因素及機理，為改善距離估計精度提供指導。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了有效解決基于TDOA通信距離估計過程中的不確定性敏感性分析和傳播問題，提供一種基于TDOA通信距離估計的不確定性分析方法。

本發(fā)明所述的一種基于TDOA通信距離估計的不確定性分析方法包括以下步驟：

步驟一、TDOA通信距離估計系統(tǒng)中有兩個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，它們都具有nanoLoc無線射頻收發(fā)模塊和超聲波收發(fā)器模塊，一個為發(fā)射節(jié)點，另一個為接收節(jié)點，發(fā)射節(jié)點具有超聲波發(fā)射功能，接收節(jié)點具有超聲波接收功能，通過接收節(jié)點接收到無線電波信號和超聲波信號的時間差來估計發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點之間的距離；

步驟二、在發(fā)射端，發(fā)射節(jié)點同時發(fā)出電磁波信號和超聲波信號，由于在空氣中，電磁波信號傳播速度遠大于超聲波傳播速度，所以接收節(jié)點先后接收到電磁波信號和超聲波信號，分別記錄接收時刻t₁和t₂(t₂>t₁)，通過接收兩種信號的時間差可以估計出發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點間的距離，如公式(1)所示：

其中，為距離估計值，c為電磁波在空氣中的傳播速度，c≈3.0*10⁸m/s，v為超聲波在空氣中的傳播速度，v≈340m/s，Δt為兩種信號到達時間差，Δt＝t₂-t₁；

步驟三、公式(1)中v和c都為常量，所以影響距離估計準確性因素的只有Δt，通過公式(2)求出Δt的敏感因子S_Δt，它表示Δt對距離估計值影響程度的大小，

其中，敏感因子S_Δt為時間差Δt對距離估計值影響的敏感程度；

步驟四、當發(fā)射節(jié)點與接收節(jié)點間的距離在通信范圍內(nèi)的任意值d時，發(fā)射節(jié)點同時發(fā)出電磁波信號和超聲波信號，接收節(jié)點分別記下接收到兩種信號的時刻t₁和t₂，得到時間差Δt₁，重復以上過程N-1次，其中N為正整數(shù)，且10≤N≤100，本專利中N取值為60，由此得到可以得到時間差序列ΔT＝{Δt₁,Δt₂,Δt₃,…,Δt_n,…,Δt_N}，對ΔT進行統(tǒng)計計算，得到其統(tǒng)計均值Δt_u和統(tǒng)計標準差Δt_σ，將Δt_u作為時間差Δt的最終測量值，Δt_σ作為Δt的不確定度；

步驟五、發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點間距離估計值及其不確定性分別由公式(5)和公式(6)計算得到，

其中不確定性表示距離估計結果D的不確定程度的大小，也與距離估計結果的置信概率相對應，為定位計算等后續(xù)處理方法提供先驗和決策信息；

步驟六、無線發(fā)送節(jié)點判斷距離估計任務是否完成，若是，則結束距離估計和不確定性分析，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟四到步驟六；

附圖說明

圖1為一種基于TDOA通信距離估計的不確定性分析方法的流程圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種基于TDOA通信距離估計的不確定性分析方法包括以下步驟：

步驟一、TDOA通信距離估計系統(tǒng)中有兩個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，它們都具有nanoLoc無線射頻收發(fā)模塊和超聲波收發(fā)器模塊，一個為發(fā)射節(jié)點，另一個為接收節(jié)點，發(fā)射節(jié)點具有超聲波發(fā)射功能，接收節(jié)點具有超聲波接收功能，通過接收節(jié)點接收到無線電波信號和超聲波信號的時間差來估計發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點之間的距離；