[發明專利]無人系統集群中基于超寬頻技術的集群測距方法

在審

• 申請號: 202110583572.7
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113325403A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 單馮;曾嘉鑫;李增保;陳乃婷;羅軍舟;吳巍煒
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S11/02
• 分類號: G01S11/02;H04W4/02;H04W4/06;H04W4/30;H04W4/70
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

1.無人系統集群中基于超寬頻技術的集群測距方法，其特征在于：

包括以下步驟：

步驟1：設計簡單的網絡協議框架，使得通信的每一邊周期地發送測距消息而不是收到消息后立刻回復消息；

步驟2：針對步驟1中的測距消息和協議框架，設計了測距消息數據包的報文結構、測距消息生成和測距信息更新方法；

步驟3：針對步驟2每條測距消息的測距間隔，設計了測距間隔P根據速度和距離自適應，為快速移動的高動態的無人系統集群設置合適的測距消息傳輸間隔。

步驟4：針對步驟3中使用不同測距間隔帶來的測距消息丟失與測距周期不匹配問題，對于不同的情況給出了相應的解決辦法；

步驟5：將基于超寬頻技術的集群測距方法推廣到大規模高密集集群，針對測距消息的報文結構、測距消息生成方法、測距消息更新方法、距離計算方法作出了進一步的改進。

2.權利要求1所述的無人系統集群中基于超寬頻技術的集群測距方法，其特征在于：所述步驟1包括如下設計：

(1)設計收發雙方的協議框架如下：

a)發送方協議框架：

步驟1011:發送方生成測距消息；

步驟1012:發送方廣播步驟1011中生成的測距消息；

步驟1013:更新當前設備測距消息；

b)接收方協議框架：

步驟1021:接收方收到一條測距消息，執行步驟1022；

步驟1022:更新當前測距表的測距數據；

步驟1023:根據更新后的測距數據計算收發雙方之間數據包的傳播時延ToF；

(2)定義測距消息X_i是由機器人或設備X的第i次廣播消息，可表示為：

其中的參數分別表示X_i是消息標識符，表示消息發送者和序列號；是X_i-1的發送時間戳，在此X_i-1即上一條發送的消息；RxM是接收時間戳和對應消息標識符的集合；v是X_i的當前速度。

3.權利要求1所述的無人系統集群中基于超寬頻技術的集群測距方法，其特征在于：所述步驟2首先設計了測距消息生成方法，根據步驟1協議框架下收發雙方的測距消息的交互，設計了一種可以存儲最近7個時間戳的測距報文結構；同時根據所設計的測距消息報文結構，設計了測距信息更新方法及收發雙方之間數據包的傳播時延ToF計算方法；

(3)針對步驟2中的測距消息，其生成方法步驟如下：

步驟2011：清空接收時間戳和對應消息標識符的集合；

步驟2012：對于自上次發送后收到的每個消息，執行步驟2013；

步驟2013：合并當前接收時間戳和對應消息標識符的集合，直到完成對所有測距消息的接收；

步驟2014：返回產生的測距消息數據包；

(4)針對步驟2中的測距消息，設計了其具體的更新方法，步驟如下；

步驟2021：如果當前設備正在發送測距消息，執行步驟2022，否則執行步驟2023；

步驟2022：當前設備維護的每一張測距表，更新其相應時間戳；

步驟2023：當前設備接收到測距消息，并且測距消息來自于鄰居設備Y，執行步驟2024；

步驟2024：更新當前設備A所維護的設備Y的測距表中相應的時間戳；

(5)針對步驟2024中的更新后的測距表，設計了兩個設備間的距離計算方法，步驟如下：

步驟2031：如果當前設備A維護的關于鄰居設備Y的測距表完整，執行步驟2032；否則，返回空值；

步驟2032：根據公式，使用完整測距表中的相應的時間戳計算收發雙方之間數據包的傳播時延ToF；

步驟2033：重置步驟2024中的測距表；

步驟2034：返回步驟2032中計算出的收發雙方之間數據包的傳播時延ToF。

4.權利要求1所述的無人系統集群中基于超寬頻技術的集群測距方法，其特征在于：步驟3根據所述步驟2中的測距消息，將測距過程設計為根據速度和距離自適應。根據步驟1所述的協議框架和測距消息，步驟3在理論上分析了高速度長測距間隔情景下測距間隔P根據速度和距離的自適應。通過分析得出結論：距離越近，測距間隔越短；同時，速度越快，測距間隔也越短。