一种标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法技术

本发明专利技术公开一种标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法，涉及电子信息技术领域，解决了现有标签主动向锚节点发出信号实现定位方法中，通常需要锚节点之间或标签与锚节点之间的时间同步，从而导致系统复杂，建设与维护成本升高的问题。该方法如下：区域内部署多个已知坐标的锚节点和一个已知坐标的固定位置标签；固定位置标签周期性发出定位广播包；移动标签需要定位时发出定位广播包；各锚节点接收上述定位广播包，计算出相对于本地时钟的准确到达时间，上传到集中解算单元进行处理，求解后得到标签坐标。本发明专利技术所述方法，不需要在锚节点之间或标签与锚节点之间实现时间同步，从而降低了系统复杂度及建设与维护成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子信息
，尤其涉及利用通信技术与信息技术实现。
技术介绍
现有的标签主动向锚节点发出信号实现定位方法，通常包括接收信号强度方法(1-0061^6(1 81^1181简称 033)、信号到达时间方法 “11116 0？简称!'0八〉、信号到达时间差方法“丨邮(11^^61-61106 0？ 511~1~1妨1，简称11)0八)等。其中，033方法受到信号反射、散射、绕射等多径衰减与遮挡影响非常严重，实际上存在较大误差。10八和100八方法具有较高的定位精度。这两种方案用于标签主动向锚节点发出信号实现定位时，需要测量标签所发出的信号到达各个锚节点的绝对时间或时间差，以计算出标签的坐标。丁0八方案通常需要锚节点与标签间的时间同步，100八方案通常需要锚节点之间的时间同步，从而导致系统复杂，建设与维护成本升高。
技术实现思路
基于现有标签主动向锚节点发出信号实现定位方法中，通常需要锚节点之间或标签与锚节点之间的时间同步，从而导致系统复杂成本过高的问题，本专利技术的目的是提供一种利用通信技术与信息技术实现标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法。 假设区域内有~个锚节点，以八1，…如来代表。每个锚节点具备绝对或相对坐标。区域内有一个固定位置标签和多个移动标签。固定位置标签具备绝对或相对坐标，使用10代表。移动标签使用11代表。每个锚节点和标签具备唯一的标识。标签可以发出与定位相关的数据包，称为定位广播包。该定位广播包有如下3个特征:1)可以被一定范围内的锚节点所接收包含标签标识；3?采用锚节点易于计算信号到达时间的信号调制方式如(:33 (线性调频扩频)调制或者采用118 (超宽带)信号。 使用1^11110表示八1接收到10所发出的定位请求广播包的相对于八1本地时钟的准确到达时间，使用1311111表示八1接收到11所发出的定位请求广播包的相对于八1本地时钟的准确到达时间，并以此类推。使用乂1110表示10发出定位广播包的绝对时间，使用父1111表示11发出定位广播包的绝对时间。使用1^11110表示10所发出的定位广播包数据包到达八1所需要的时间，使用化11111表示11所发出的定位广播包数据包到达八1所需要的时间。对于无线通信设备来说，表示定位广播包的无线信号从10天线相位中心到达八1天线相位中心所需要的时间，该值可以认为是10与八1之间的距离除以信号传播速度。使用 表示八1接收器件延迟。对于无线载波通信设备来说，该值表示定位请求广播包无线信号从八1天线相位中心经过射频接收电路与模数转换器件，转换为数字信号的延迟。在本方案所涉及到的时间范围内，可以认为八1所接收到的每个定位请求广播包，该值均一致。而不同的锚节点，该值会有不同。1400 - 141111表示10和11所发出定位广播包到达八1的时间差，该时间差基于八1的时钟计算。考虑到当前硬件技术水准，在本技术方案所涉及到的时间范围内，锚节点时钟的频差与抖动可以归于噪声范畴而不影响数据分析。 以下所称“集中解算单元”表示具备运算能力，运行定位算法的计算设备，它可以是独立的服务器，也可以是集成在锚节点或标签中的运算模块。 本专利技术的技术方案具体是这样实现的，包括如下步骤。 1.区域内部署多个已知坐标的锚节点和一个已知坐标的固定位置标签。 2.固定位置标签由时间或事件触发，发出定位广播包；各个锚节点接收该标签所发出的定位广播包，得到发送标签标识，计算该定位广播包相对于本地时钟的准确到达时间，上传到指定的集中解算单元。 根据不同应用需求，可以由时间或事件触发固定位置标签发出定位广播包。例如，固定位置标签可以每隔一定时间间隔，发出定位广播包。也可以通过管理服务器，通知固定位置标签发出定位广播包。时间间隔根据应用需求可以从数秒到数十秒，一般说来，过大的时间间隔，会导致锚节点时钟频差及抖动累计，从而影响定位精确度。 3.各个移动标签要求定位时，发出定位广播包。锚节点接收移动标签所发出的定位请求广播包，得到发送标签标识，计算该定位广播包相对于本地时钟的准确到达时间，上传到指定的集中解算单元。在多个移动标签共享通信信道情况下，应该采取信道共享机制，以保障每个标签都得到发送机会。 4.集中解算单元对于接收到的数据，按照如下方式处理:以八1，幻两个锚节点和勵，II两个标签为例，有如下等式: 1&11110 ~ 1811111 =父1110 + ^811110 + 尺已1 — XIII1 — ？811111 —尺&1，等式 1。即八1 接收到固定位置标签10发出数据包相对时间和八1接收到移动标签11发出数据包相对时间之差=10在乂1110时刻发出的数据包到达八1的绝对时间-11在乂1111时刻发出的数据包到达八1的绝对时间。注意到，八1的接收器件延迟此丨被相互抵消掉。 同理有:?加0 - 了8加1 =父1110 + 1?加0 +尺已』-- ？8加1 -尺8』，等式2。 由等式1 -等式2，可得:(1^11110 ~ 1811111) —— 丁= (^811110 —, 等式3。 等式3整理后得到: ？811111 —卩8」1111 = (^811110 —— (1^11110 — 1^11111) + (11110 — 丁已」!!^),等式4。其中？41110 - 1?加0表示固定位置标签勵所发出的定位广播包数据包到达八1与幻的时间差，由于勵及八1，幻具备坐标，故可以计算出勵到达八1与幻的距离，并进而计算出距离差。将该距离差除以信号传播速度即可以计算出化丨响-1?加0。等式4左侧是移动标签所发出的定位广播包到达两个锚节点的时间差，是以移动标签坐标值为变量的函数，右侧是已知值和实测值。 同理可以求出，移动标签所发出的定位广播包到达区域内任意两个锚节点的时间差。假设区域内有~个锚节点，对于每个移动标签有淋⑶-1) /2个上述形式的方程，组成方程组；集中解算单元求解上述方程组，计算出移动标签的坐标值。 本专利技术所述方法用于实现标签主动向锚节点发出信号实现定位时，不需要在锚节点之间或锚节点与标签之间实现时间同步，从而降低了系统复杂度并降低了系统建设与维护成本。在智慧城市与物联网快速发展背景下，具备广阔的应用前景。 【具体实施方式】 本专利技术所述的方法的核心思想是按照
技术实现思路
中所述4个步骤，在集中解算单元生成以标签坐标值为变量的方程组，并进一步求解出标签的坐标。在下面的说明中，公知的方法将不再详细说明，以避免与本方法的内容存在不必要的混淆。 步骤1: 区域内部署多个已知坐标的锚节点和一个已知坐标的固定位置标签。其实现方式为公知的方法，在此不再说明。 步骤2和步骤3:标签所发出的定位广播包，采用2.% 131公用频段无线信号(:33 (线性调频扩频)调制方式。定位广播包中码元的基带信号解析式归一化后为:8(1:) =(^0^+11^^/2)0 0二“〈可。其中，I为每个码元的时间宽度，11为调频斜率，？0为起始频率，代表圆周率，〖表示离散的基带发送采样时刻，第一个采样时刻记为0。各个标签可以采用(:3嫩/⑶(载波侦听多路访问丨碰撞检测)方式，共享无线信道。锚节点可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法，其特征是包括如下步骤：1）区域内部署多个已知坐标的锚节点和一个已知坐标的固定位置标签；2）固定位置标签由时间或事件触发，发出定位广播包；各个锚节点接收该标签所发出的定位广播包，得到发送标签标识，计算该定位广播包相对于本地时钟的准确到达时间，上传到指定的集中解算单元；3）各个移动标签要求定位时，发出定位广播包；各个锚节点接收标签所发出的定位请求广播包，得到发送标签标识，计算该定位广播包相对于本地时钟的准确到达时间，上传到指定的集中解算单元；4）集中解算单元对于接收到的上述数据进行处理，获得以标签坐标为变量的方程组，求解方程组，得到标签的坐标。

【技术特征摘要】
1.一种标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法，其特征是包括如下步骤: 1)区域内部署多个已知坐标的锚节点和一个已知坐标的固定位置标签； 2)固定位置标签由时间或事件触发，发出定位广播包；各个锚节点接收该标签所发出的定位广播包，得到发送标签标识，计算该定位广播包相对于本地时钟的准确到达时间，上传到指定的集中解算单元； 3)各个移动标签要求定位时，发出定位广播包；各个锚节点接收标签所发出的定位请求广播包，得到发送标签标识，计算该定位广播包相对于本地时钟的准确到达时间，上传到指定的集中解算单元； 4)集中解算单元对于接收到的上述数据进行处理，获得以标签坐标为变量的方程组，求解方程组，得到标签的坐标。2.根据权利要求1所述的一种标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法，其特征在于，各个锚节点之间以及各个锚节点与标签之间不需要时钟同步。3.根据权利要求1所述的一种标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法，其特征在于，步骤2)步骤3)所述定位广播包具备如下三个特征:1)可以被一定区域内的锚节点所接收；2)包含发送标签标识；3)采用锚节点易于计算到达时间的信号调制方式，如CSS (线性调频扩频)调制或者采用UWB (超宽带)信号。4.根据权利要求1所述的一种标签主动向锚节点发出信号实现定位的方法，其特征在于，步骤4)所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：林伟，
类型：发明
国别省市：辽宁;21