[發(fā)明專(zhuān)利]一種大范圍復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境中精確定位的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110306834.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113163485B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭賢生;王澤楠;段林甫;秦爽;李林;萬(wàn)群;李會(huì)勇;殷光強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W64/00
• 分類(lèi)號(hào): H04W64/00;H04W4/33;H04W56/00;G01S5/00
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明屬于室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種大范圍復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境中精確定位的方法本發(fā)明在基于UWB的大規(guī)模無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)中，用傳感器網(wǎng)絡(luò)定時(shí)同步協(xié)議(TPSN)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的生成樹(shù)進(jìn)行全局網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步，然后對(duì)每個(gè)定位基站的累積時(shí)鐘誤差進(jìn)行校正，從而實(shí)現(xiàn)高精度的定位。利用到達(dá)時(shí)間差測(cè)距原理進(jìn)行定位，需要通過(guò)無(wú)線同步的方式，構(gòu)建分層結(jié)構(gòu)(生成樹(shù))擴(kuò)展時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)的范圍，使接收定位幀的基站間的時(shí)鐘高精度同步。通過(guò)時(shí)鐘誤差校正方法，對(duì)每個(gè)待定位點(diǎn)的時(shí)鐘同步累積誤差進(jìn)行校正，有效地降低了每個(gè)待定位點(diǎn)由于時(shí)鐘同步引入的累積誤差，進(jìn)而提高系統(tǒng)的定位精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種大范圍復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境中精確定位的方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，人們面臨的環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜、室內(nèi)空間越來(lái) 越龐大、出行方式越來(lái)越多樣化。這就意味著基于位置的服務(wù)深入到生活的方方面面，有著 極大的市場(chǎng)與機(jī)遇?，F(xiàn)有的基于Bluetooth，WiFi、紅外線、慣導(dǎo)、地磁等室內(nèi)定位技術(shù)，定 位精度不是很高。而超寬帶(UWB)定位技術(shù)，采用無(wú)載波通信，利用超窄脈沖的方式發(fā)送 數(shù)據(jù)，具有很高的傳輸速率、多徑分辨率、時(shí)間分辨率和定位精度，利用其獨(dú)特的通信機(jī)制 和特點(diǎn)，可為室內(nèi)位置服務(wù)提供很好的解決方案，實(shí)現(xiàn)更精確的定位。

基于TDOA的UWB定位方法中，時(shí)鐘同步是與定位技術(shù)的準(zhǔn)確性直接相關(guān)的關(guān)鍵因素。 在絕對(duì)時(shí)間同步方案中指出，時(shí)鐘同步既要做到脈沖的同步，也要實(shí)現(xiàn)頻率的一致。為無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的現(xiàn)有時(shí)間同步協(xié)議有兩種，分別為文獻(xiàn)“Elson J.Fine-Grained Network Time Synchronization using Reference Broadcasts[J].Acm SigopsOperating Systems Review, 2002,36.”提出的參考廣播同步(RBS)算法和文獻(xiàn)“Ganeriwawal,S.Kumar,R.Srivastava, M..(2003).Timing-Sync Protocol forSensor Networks.He FirstACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems(SenSys).138-149”提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)定時(shí)同步協(xié)議(TPSN)。在 RBS中，參考消息被廣播，接收機(jī)在接收參考廣播時(shí)記錄其本地時(shí)間，并相互交換記錄的時(shí) 間。RBS的主要優(yōu)點(diǎn)是它消除了發(fā)送方不確定性。該方法的缺點(diǎn)在于，需要額外的消息交換 來(lái)在節(jié)點(diǎn)之間傳遞本地時(shí)間戳。該算法尚未擴(kuò)展到大型多跳網(wǎng)絡(luò)。TPSN算法首先創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò) 的生成樹(shù)，然后沿邊緣執(zhí)行成對(duì)同步。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)與層次結(jié)構(gòu)中較高一級(jí)的時(shí)鐘參考節(jié)點(diǎn) 交換兩個(gè)同步消息來(lái)進(jìn)行同步。TPSN可以實(shí)現(xiàn)比RBS好兩倍的性能。TPSN的缺點(diǎn)是它不 估計(jì)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘漂移，這限制了它的準(zhǔn)確性，并且不處理動(dòng)態(tài)拓?fù)渥兓?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，在基于UWB的大規(guī)模無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)中，用TPSN算法創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的生成樹(shù)進(jìn)行全局網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步，然后對(duì)每個(gè)定位基站的累積時(shí)鐘誤差進(jìn)行校正，從而提 高定位的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)高精度的定位。如圖1所示，通過(guò)構(gòu)建分層結(jié)構(gòu)(生成樹(shù))可以直接擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)范圍的時(shí)鐘同步，并在相鄰級(jí)之間執(zhí)行成對(duì)的同步。如圖2所示，使用校正方法進(jìn)行時(shí)鐘累積誤差的校正，在傳統(tǒng)TDOA定位方法基礎(chǔ)上，增加一個(gè)已知自身實(shí)際位置坐標(biāo)的參考點(diǎn)，該參考點(diǎn)可以是定位基站也可以是標(biāo)簽。參考點(diǎn)與待定位標(biāo)簽都可以通過(guò)發(fā)送定 位信息進(jìn)行定位。在各定位基站得到參考點(diǎn)和待定位標(biāo)簽發(fā)送的定位信息后，通過(guò)TDOA算 法(如CHAN算法、FANG算法等)即可解得目標(biāo)位置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：首先用TPSN算法創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘生成樹(shù)進(jìn)行全局網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步； 然后對(duì)同步時(shí)鐘的累積誤差進(jìn)行分析，通過(guò)引入校正方法，在收到待定位標(biāo)簽發(fā)送的定位信 息時(shí)，先對(duì)參考點(diǎn)進(jìn)行定位測(cè)量，然后對(duì)參考點(diǎn)的真實(shí)位置進(jìn)行處理得到定位基站的累積時(shí) 鐘誤差校正值，再對(duì)待定位標(biāo)簽用修正補(bǔ)償后的定位基站數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，包括以下步驟(參 考點(diǎn)設(shè)為定位基站)：