[發(fā)明專利]一種基于錨節(jié)點差分時間同步和Taylor協(xié)同的定位算法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910104100.1
• 申請日: 2019-02-01
• 公開（公告）號: CN109870672B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙甜甜;鄭正奇;華程;董大南;余超;張裕
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發(fā)明公開了一種基于錨節(jié)點差分時間同步和Taylor協(xié)同的定位算法，其特點是計算標(biāo)簽到達(dá)各從基站的偽距差和各從基站間的偽距差，利用觀測值的協(xié)方差矩陣及不少于四個從基站的已知位置坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的偽距修正，采用求解線性方程組的方法，得到標(biāo)簽的初始坐標(biāo)，并以“Taylor”遞歸算法，求取標(biāo)簽的最終精確定位坐標(biāo)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有較高和較穩(wěn)定的定位精度，降低移動端計算負(fù)荷、生產(chǎn)成本和體積，無需額外鋪設(shè)大量的硬件設(shè)備，也無需對現(xiàn)有硬件設(shè)備做出更改，完全依賴軟件形式實現(xiàn)，易于推廣，在以管理者應(yīng)用為主對多用戶進(jìn)行管理的室內(nèi)定位應(yīng)用環(huán)境中具有較大優(yōu)勢和商業(yè)前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及定位導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于錨節(jié)點差分時間同步和“Taylor”協(xié)同的定位算法。

背景技術(shù)

室內(nèi)定位的關(guān)鍵技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化以及伴之而來的位置服務(wù)行業(yè)越來越受到社會的關(guān)注，空間技術(shù)的發(fā)展使得以GNSS(Global Navigation Satellite System)為基礎(chǔ)的室外衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)蓬勃發(fā)展，達(dá)到了厘米級甚至毫米級的定位精度，并且?guī)恿宋恢梅?wù)的大眾化應(yīng)用，極大地方便了人們的日常生活。室外定位技術(shù)發(fā)展成熟，而占人類生活80％的室內(nèi)定位技術(shù)及相應(yīng)的位置服務(wù)的發(fā)展卻滯后于室外定位。室內(nèi)定位由于用途差異大，環(huán)境復(fù)雜度高，誤差源干擾嚴(yán)重，設(shè)備成本限制等原因，難以簡單地移植現(xiàn)有的比較成熟的室外定位技術(shù)。

目前，室內(nèi)定位尚未有一項占壓倒性優(yōu)勢的公認(rèn)的成熟的關(guān)鍵技術(shù)，各種技術(shù)方案分別研發(fā)競爭。這些技術(shù)大致上可分為根據(jù)信號強(qiáng)度衰減定位，如 Wi-Fi的指紋分析，紅外、視覺光學(xué)、地磁、藍(lán)牙、ZigBee等；根據(jù)信號到時定位，如A-GPS、偽衛(wèi)星、超聲、UWB等，以及根據(jù)積分或航跡推算，如慣性傳感器和RFID等自主定位三大類。在高精度室內(nèi)定位領(lǐng)域，強(qiáng)度衰減定位和自主定位都在米級精度上遇到了瓶頸，難以突破。其中強(qiáng)度衰減和距離經(jīng)驗關(guān)系的不確定度及易受室內(nèi)環(huán)境影響、自主定位需要對時間積分造成的誤差隨時間累積的非線性增長是造成瓶頸的主要原因之一，這是定位技術(shù)本身的弱點。多源融合定位是一個發(fā)展趨勢，定位精度能得到進(jìn)一步提升，但它的基礎(chǔ)來自各項定位技術(shù)本身的精度提高及穩(wěn)定性加強(qiáng)。另一方面，對信號到時室內(nèi)定位技術(shù)的深入研究也能夠為突破此瓶頸提供單項技術(shù)的支撐。GNSS定位的高精度就基于衛(wèi)星信號到達(dá)時刻的精確測定，時間是七大基本物理量之一，時間單位的測量精度可達(dá)到10-15秒水平，以至于另一基本物理量長度的單位米改為光在真空中1/299792458秒的時間間隔內(nèi)行進(jìn)的距離定義。信號發(fā)射端和各接收端的時間同步是實現(xiàn)高精度定位的關(guān)鍵，對于無線電波到時觀測的時間同步必須達(dá)到3 納秒以內(nèi)才能實現(xiàn)米級以內(nèi)的定位精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而設(shè)計的一種基于錨節(jié)點差分時間同步和“Taylor”協(xié)同的定位算法，采用改正數(shù)實現(xiàn)固定端時間同步的方法，以消除發(fā)射端和接收端的鐘差、硬件延遲和電纜延遲等系統(tǒng)誤差，實現(xiàn)高精度定位，以及利用同步節(jié)點實現(xiàn)標(biāo)定固定節(jié)點之間的光纖傳播和機(jī)械時延之差并將其保存在后臺服務(wù)器，進(jìn)一步提升定位精度和可靠性，降低了移動端(標(biāo)簽) 計算負(fù)荷、生產(chǎn)成本和體積，無需額外鋪設(shè)大量的硬件設(shè)備，也無需對現(xiàn)有硬件設(shè)備做出更改，完全依賴軟件形式實現(xiàn)，易于推廣，在以管理者應(yīng)用為主對多用戶進(jìn)行管理的室內(nèi)定位應(yīng)用環(huán)境中具有較大優(yōu)勢和商業(yè)前景。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種基于錨節(jié)點差分時間同步和“Taylor”協(xié)同的定位算法，其特點是計算標(biāo)簽到達(dá)各從基站的偽距差和各從基站間的偽距差，利用觀測值的協(xié)方差矩陣及不少于四個從基站的已知位置坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的偽距修正，采用求解線性方程組的方法，得到標(biāo)簽的初始坐標(biāo)，并以“Taylor”遞歸算法，求取標(biāo)簽的最終精確定位，具體計算包括以下步驟：

(一)、計算標(biāo)簽到達(dá)各基站的到達(dá)時間差，從而計算移動標(biāo)簽和基站間的相對幾何距離，并進(jìn)行偽距誤差的改正

a、由下述(1)式求解錨節(jié)點A_i與同步節(jié)點S之間的時間差