本发明专利技术涉及一种室内定位系统中快速测量Tof和Tdoa的方法，在通信过程中进行以下测量：标签节点接收请求数据包到发送响应数据包的时间、标签节点发送响应数据包到接受到通信主锚节点的再响应数据包的时间、通信主锚节点发出请求数据包到接收到响应数据包的时间、通信主锚节点接受标签节点的响应数据包到发送再响应数据包的时间、每个副锚节点接收通信主锚节点发送的请求数据包到接收标签节点发送的响应数据包的时间。本发明专利技术无需高精度的同步时钟，具有定位速度较快、定位成本低、定位精度较高的优点，尤其适合于无线网络中设备的定位。
【技术实现步骤摘要】
一种室内定位系统中快速测量Tof和Toda的方法
本专利技术涉及一种测量Tof和Tdoa的方法，尤其是一种为无线传感器网络的节点定位或者无线接入设备的节点定位提供技术基础的测量方法，属于信号检测
技术介绍
在日常生活、生产过程中常常需要测量无线设备的地理位置信息，测量的瞬时相位越准确，应用的效果往往更好。ToF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离，则一个节点的定位需要多次Tof测量才能达到定位所需要的数据。不同于TOA，传统的Tdoa（到达时间差）是通过检测信号到达两个基站的时间差，而不是到达的绝对时间来确定移动台的位置，定位过程中被定位节点只需要发送一次信息即可完成定位，但这也提高了对设备的时钟同步要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种室内定位系统中快速测量Tof和Tdoa的方法，不仅能够缩短定位时间，降低系统冗余度；同时还能够减少测量数据的误差，保证测量精度。为了达到以上目的，本专利技术提供了一种室内定位系统中快速测量Tof和Toda的方法，所述定位系统中包含需要定位的标签节点以及至少三个锚节点，所述锚节点包含至少一个与标签节点保持连接的通信主锚节点及至少两个副锚节点，所述通信主锚节点进行与标签节点的双向通信，副锚节点用来监听通信主锚节点和标签节点，包括以下步骤：步骤１），发起通信主锚节点与标签节点的一次请求-响应-再响应式通信：步骤1.1），通信主锚节点发出初始请求数据包；步骤1.2），第一标签节点与副锚节点接收通信主锚节点发出的初始请求数据包；步骤1.3），第一标签节点发出初始响应数据包；步骤1.4），通信主锚节与和副锚节点接收第一标签节点发出的初始响应数据包；步骤1.5），通信主锚节点发出再响应请求数据包；步骤1.6），第一、二标签节点与副锚节点均接收通信主锚节点发出的再响应响应请求数据包；步骤1.7），再响应请求数据包作为下一次通信的请求数据包对第二标签节点发起请求-响应-再响应式通信；步骤2），在通信主锚节点与标签节点的请求-响应-再响应式通信的过程中，各标签节点分别对接收初始请求数据包到发送初始响应数据包的时间及发送初始响应数据包到接收来自通信主锚节点的再响应请求数据包的时间进行设定或测量；步骤3），在通信主锚节点与标签节点的请求-响应-再响应式通信的过程中，通信主锚节点对其发出初始请求数据包到接收初始响应数据包的时间、其接收初始响应数据包到发送再响应请求数据包的时间进行设定或测量；每个副锚节点对接收通信主锚节点发送的请求数据包到接收各标签节点发送的响应数据包的时间进行测量；步骤4），根据各个锚节点的地理坐标或各个锚节点之间的距离，计算通信主锚节点到各标签节点的传播时间和响应数据包从标签到各个副锚节点的传播时间，并根据前述传播时间分别计算各标签节点到任意两个锚节点之间的到达时间差。优选地，所述步骤1)中，标签节点至少为一个。优选地，所述步骤1)中，通信主锚节点发送的再响应请求数据包作为下一轮请求-响应-再响应式通信中的初始请求数据包；所述再响应数据包中包含下一轮通信中标签节点的地址。进一步优选地，所述步骤4）中,对于每个副锚节点，所述标签节点到副锚节点的传播时间的计算方法如下：步骤4.1），根据通信主锚节点、副锚节点的地理坐标或者通信主锚节点与副锚节点之间的距离，计算出副锚节点到通信主锚节点的传播时间；步骤4.2），标签节点到副锚节点的传播时间=副锚节点接收通信主锚节点发送的请求数据包到接收标签节点发送的响应数据包的时间+副锚节点到通信主锚节点的传播时间-通信主锚节点到标签节点的传播时间-标签节点接收请求数据包到发送响应数据包的时间优选地，所述步骤4）中,通信主锚节点到标签节点的传播时间的计算方法如下：通信主锚节点到第一标签节点的传播时间=（通信主锚节点发出初始请求数据包到接收到初始响应数据包的时间-第一标签节点接收初始请求数据包到发送初始响应数据包的时间+第一标签节点发送初始响应数据包到接收来自通信主锚节点的再响应数据包的时间-通信主锚节点接收来自第一标签节点的初始响应数据包到发送再响应数据包的时间）/4；通信主锚节点到第二标签节点的传播时间=（通信主锚节点发出请求数据包到接收到第二标签节点发送响应数据包的时间*第二标签节点发送响应数据包到接收来自通信主锚节点的再响应数据包的时间-第二标签节点接收请求数据包到发送响应数据包的时间*通信主锚节点接收来自第二标签节点的响应数据包到发送再响应数据包的时间）/（通信主锚节点发出请求数据包到接收到响应数据包的时间+第二标签节点发送响应数据包到接收来自通信主锚节点的再响应数据包的时间+第二标签节点接收请求数据包到发送响应数据包的时间+通信主锚节点接收来自第二标签节点的响应数据包到发送再响应数据包的时间）；通信主锚节点到标签节点的传播时间=（通信主锚节点发出请求数据包到接收到响应数据包的时间-标签节点接收请求数据包到发送响应数据包的时间）/2。优选地，所述步骤4）中,对于每个副锚节点，所述各标签节点到副锚节点的传播时间的计算方法如下：步骤4.1），根据通信主锚节点、副锚节点的地理坐标或者通信主锚节点与副锚节点之间的距离，计算出副锚节点到通信主锚节点的传播时间；步骤4.2），各标签节点到副锚节点的传播时间=副锚节点接收通信主锚节点发送的初始请求数据包到接收标签节点发送的初始响应数据包的时间+副锚节点到通信主锚节点的传播时间-通信主锚节点到各标签节点的传播时间-各标签节点接收请求初始数据包到发送初始响应数据包的时间。优选的，所述步骤4）中，各标签节点到任意两个锚节点之间的到达时间差的计算方法如下：对于涉及到的两个锚节点，分别获取标签节点到其的传播时间后进行作差。优选的，所述标签节点将其接收请求数据包到发送响应数据包的时间放置于响应数据包中，以方便通信主锚节点和副锚节点进行计算。优选的，所述标签节点和锚节点具有表明其唯一身份的地址。优选的，采用以下方法解决各锚节点和标签节点的时钟稳定度问题：通信主锚节点周期性的发送一种广播数据包或者发送至少两次包含发送时间的广播数据包，标签节点或副锚节点根据接收的两个广播数据包的到达时间作如下计算：频率比因子=标签节点或副锚节点接收的两个广播数据包的到达时间差/标签节点或副锚节点从两个广播数据包中提取的通信主锚节点的发送时间差；若标签节点对其接收请求数据包到发送响应数据包的时间进行设定，在设定数据基础上乘以所述频率比因子进行校正；若标签节点对其接收请求数据包到发送响应数据包的时间进行测量，在测量数据基础上除以所述频率比因子进行校正；副锚节点在对其接受请求数据包到接受标签节点发送的响应数据包的时间进行测量，在测量数据基础上除以所述频率比因子进行校正。优选的，对测量的传播时间进行空气折射率、无线电波自由空间衰减、电路延迟和天线延迟的校正。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1）传统的Tof技术在进行节点定位时需要进行多次Tof测量，繁琐冗余，而本专利技术采用的方法利用地理信息，仅需在通信主锚节点发送一次请求数据包、标签节点发送一次响应数据包，通信主锚节点再发送一次再响应请求数据包的情况下即可完成对所有锚节点和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种室内定位系统中快速测量Tof和Toda的方法，所述定位系统中包含需要定位的标签节点以及至少三个锚节点，所述锚节点包含至少一个与标签节点保持连接的通信主锚节点及至少两个副锚节点，所述通信主锚节点进行与标签节点的双向通信，副锚节点用来监听通信主锚节点和标签节点，其特征在于，包括以下步骤：步骤1），发起通信主锚节点与标签节点的一次请求‑响应‑再响应式通信：步骤1.1），通信主锚节点发出初始请求数据包；步骤1.2），第一标签节点与副锚节点接收通信主锚节点发出的初始请求数据包；步骤1.3），第一标签节点发出初始响应数据包；步骤1.4），通信主锚节与和副锚节点接收第一标签节点发出的初始响应数据包；步骤1.5），通信主锚节点发出再响应请求数据包；步骤1.6），第一、二标签节点与副锚节点均接收通信主锚节点发出的再响应响应请求数据包；步骤1.7），再响应请求数据包作为下一次通信的请求数据包对第二标签节点发起请求‑响应‑再响应式通信；步骤2），在通信主锚节点与标签节点的请求‑响应‑再响应式通信的过程中，各标签节点分别对接收初始请求数据包到发送初始响应数据包的时间及发送初始响应数据包到接收来自通信主锚节点的再响应请求数据包的时间进行设定或测量；步骤3），在通信主锚节点与标签节点的请求‑响应‑再响应式通信的过程中，通信主锚节点对其发出初始请求数据包到接收初始响应数据包的时间、其接收初始响应数据包到发送再响应请求数据包的时间进行设定或测量；每个副锚节点对接收通信主锚节点发送的请求数据包到接收各标签节点发送的响应数据包的时间进行测量；步骤4），根据各个锚节点的地理坐标或各个锚节点之间的距离，计算通信主锚节点到各标签节点的传播时间和响应数据包从标签到各个副锚节点的传播时间，并根据前述传播时间分别计算各标签节点到任意两个锚节点之间的到达时间差。...
【技术特征摘要】
1.一种室内定位系统中快速测量Tof和Toda的方法，所述定位系统中包含需要定位的标签节点以及至少三个锚节点，所述锚节点包含至少一个与标签节点保持连接的通信主锚节点及至少两个副锚节点，所述通信主锚节点进行与标签节点的双向通信，副锚节点用来监听通信主锚节点和标签节点，其特征在于，包括以下步骤：步骤1），发起通信主锚节点与标签节点的一次请求-响应-再响应式通信：步骤1.1），通信主锚节点发出初始请求数据包；步骤1.2），第一标签节点与副锚节点接收通信主锚节点发出的初始请求数据包；步骤1.3），第一标签节点发出初始响应数据包；步骤1.4），通信主锚节与和副锚节点接收第一标签节点发出的初始响应数据包；步骤1.5），通信主锚节点发出再响应请求数据包；步骤1.6），第一、二标签节点与副锚节点均接收通信主锚节点发出的再响应响应请求数据包；步骤1.7），再响应请求数据包作为下一次通信的请求数据包对第二标签节点发起请求-响应-再响应式通信；步骤2），在通信主锚节点与标签节点的请求-响应-再响应式通信的过程中，各标签节点分别对接收初始请求数据包到发送初始响应数据包的时间及发送初始响应数据包到接收来自通信主锚节点的再响应请求数据包的时间进行设定或测量；步骤3），在通信主锚节点与标签节点的请求-响应-再响应式通信的过程中，通信主锚节点对其发出初始请求数据包到接收初始响应数据包的时间、其接收初始响应数据包到发送再响应请求数据包的时间进行设定或测量；每个副锚节点对接收通信主锚节点发送的请求数据包到接收各标签节点发送的响应数据包的时间进行测量；步骤4），根据各个锚节点的地理坐标或各个锚节点之间的距离，计算通信主锚节点到各标签节点的传播时间和响应数据包从标签到各个副锚节点的传播时间，并根据前述传播时间分别计算各标签节点到任意两个锚节点之间的到达时间差。2.根据权利要求1所述的室内定位系统中快速测量Tof和Toda的方法，其特征在于:所述步骤1)中，标签节点至少为一个。3.根据权利要求1所述的室内定位系统中快速测量Tof和Toda的方法，其特征在于:所述步骤1)中，通信主锚节点发送的再响应请求数据包作为下一轮请求-响应-再响应式通信中的初始请求数据包；所述再响应数据包中包含下一轮通信中标签节点的地址。4.根据权利要求1所述的室内定位系统中快速测量Tof和Toda的方法，其特征在于：所述步骤4）中,通信主锚节点到标签节点的传播时间的计算方法如下：通信主锚节点到第一标签节点的传播时间=（通信主锚节点发出初始请求数据包到接收到初始响应数据包的时间-第一标签节点接收初始请求数据包到发送初始响应数据包的时间+第一标签节点发送初始响应数据包到接收来自通信主锚节点的再响应数据包的时间-通信主锚节点接收来自第一标签节点的初始响应数据包到发送再响应数据包的时间）/4；通信主锚节点到第二标签节点的传播时间=（通信主锚节点发出请求数据包到接收到第二标签节点发送响应数据包的时间*第二标签节点发送响应数据包到接收来自通信主锚节点的...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴尔晗，徐志鑫，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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