一种基于相位差测量距离差的定位方法技术

本发明专利技术涉及无线电定位领域，提供一种基于相位差测量距离差的定位方法，本发明专利技术利用跳频的方式改变两个阶段下基站发送信号的频率，且步进频率已知，在相同阶段基站分时发送信号，待测节点接收基站发送的信号并测量得到多组到达相位差，利用相邻阶段的相位差相减得到各基站与标签的距离差信息，从而实现对待测节点的位置坐标的确定。本发明专利技术通过跳频前后两个阶段相位差相减将由基站与待测节点之间的频率偏差引起的对距离差测量的误差降到更低，且利用基站来回发送信号往复差分的方法消除基站之间的初始相差，从而得到更加精确的距离差信息，进而实现对待定位目标的精确定位，相对于同领域的现有技术大大提高了定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位差测量距离差的定位方法
本专利技术涉及无线电定位领域，尤其涉及一种基于相位差测量距离差的定位方法。
技术介绍
众所周知，现有的室内定位技术常采用的方法主要有到达角(angleofarrival，AOA)测量、基于信号到达时间(timeofarrival，TOA)、基于信号到达时间差(timedifferenceofarrival，TDOA)、基于接收信号强度指示(receivedsignalstrengthindication，RSSI)、TDOA/AOA混合定位等；其中，AOA算法通过某些硬件设备感知发射节点信号的到达方向，计算接收节点和锚节点之间的相对方位或角度，再利用三角测量法或其他方式计算出未知节点的位置，算法复杂度较高，且需要高精度的天线阵列，从而也会导致系统成本增加；TOA定位系统通过测量信号的传播时间来求取距离，微小的时间检测误差会导致很大的距离估计误差；另外时钟同步也是引起定位误差的原因，如果接收端与发送端无法做到精确的时钟同步，也会导致很大的定位误差，这就要求TOA定位算法需要精确的时间检测装置，硬件设备要求较高；TDOA定位系统通过同一信号到达不同信标节点的时间差定位，系统对时间同步的要求较低，但存在的问题系统对时间信息测量的分辨率较差，尤其是针对窄带信号的测量，难以实现ns级的分辨率，故而在这种情况下系统获得的定位精度较低；而基于RSSI测量的定位方法，信号强度受环境影响大，如受非视距、反射、多径等因素的影响，接收信号值不稳定，定位精度差。文献“基于相位差测距的RFID室内定位系统设计”中提到的又一种定位方法即基于测量相位差进一步测得标签与读卡器之间的距离从而实现定位；其将标签与读卡器的初始相位和相位偏移量视为相同，但实际应用中，因为硬件设计结构上的差异，或者受温度影响，必然使得发射设备和接收设备存在频率上的偏移，也就使得两者在相位上存在偏差，因此该定位方法在实际应用中也会存在很大的定位误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中各种定位方法上存在的问题，提出一种基于相位差测量距离差的定位方法，该方法能够更加有效的定位，通过本专利技术，能够实现在相同硬件开销下，对接收信号的相位信息测量比通过测量时间信息可以获得更高的分辨率，并且，待测节点与基站之间也无需严格要求初始相位和相位偏移量的相同便能够精准的测得待测节点的位置，大大提高了定位精度。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于相位差测量距离差的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获得待测节点C在第一阶段接收到的任意两个基站A与基站B发送的第一射频信号的相位差；具体过程如下：步骤1.1、通过有线或无线发送时钟的方式使得基站之间保持时钟同频；步骤1.2、设置基站发射信号的频率为参考时钟的N倍频率，N为正整数；具体N的取值根据基站发送的射频信号的频率来确定；步骤1.3、所有基站按时间顺序依次发送第一射频信号，待测节点C接收来自基站A、基站B发送的信号，测得待测节点C接收到两个发送信号的时间差Δt，并测到对应接收时刻的瞬时相位Φ1、Φ2，并计算得到相位差：Φ1-Φ2；步骤1.4、基站A与基站B来回发送一次信号，分别测得基站A相对基站B的相位差εAB1及基站B相对基站A的相位差εBA1；步骤2、获得待测节点C在第二阶段接收到的任意两个基站A与基站B发送的第二射频信号的相位差；具体过程为：步骤2.1、更改基站发射信号的频率为参考时钟的N+1倍频率，步骤2.2、所有基站按时间顺序依次发送第二射频信号，待测节点C接收来自基站A、基站B发送的信号，测到对应接收时刻的瞬时相位Φ3、Φ4，并计算得到相位差：Φ3-Φ4；步骤2.3、基站A与基站B来回发送一次信号，分别测得基站A相对基站B的相位差εAB2及基站B相对基站A的相位差εBA2；步骤3、基站发射信号的频率不变，基站A连续两个时刻向待测节点C发送第三射频信号，待测节点C接收来自基站A两个信号，并测得对应接收时刻的瞬时相位Φ5、Φ6，并计算得到相位差：Φ6-Φ5；步骤4、根据下式计算得到距离差信息d1-d2：其中，d1表示基站A到待测节点C的距离，d2表示基站B到待测节点C的距离；c为光速，W为基站参考时钟频率，WC为待测节点C的频率；步骤5、根据上述距离差信息，实现待测节点C定位。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用跳频的方式改变两个阶段下基站发送信号的频率，且步进频率已知，在相同阶段基站分时发送信号，待测节点接收基站发送的信号并测量得到多组到达相位差，利用相邻阶段的相位差相减得到各基站与标签的距离差信息，从而实现对待测节点的位置坐标的确定。本专利技术利用相位测量技术精度的优势，再利用跳频前后两个阶段相位差相减将由基站与待测节点之间的频率偏差引起的对距离差测量的误差降到更低，且利用基站来回发送信号往复差分的方法消除基站之间的初始相差，从而得到更加精确的距离差信息，进而实现对待定位目标的精确定位，相对于同领域的现有技术大大提高了定位精度。附图说明图1是本专利技术基于相位差测量距离差的定位方法的流程图。图2是本专利技术实施例中一维定位示意图。图3是本专利技术实施例中二维定位示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术给出详细的说明。本实施例提供一种基于相位差测量距离差的定位方法，其流程如图1所示，具体包含如下步骤：步骤1、获得待测节点C在第一阶段接收到的任意两个基站A与基站B发送的第一射频信号的相位差；具体过程如下：步骤1.1、通过有线或无线发送时钟的方式使得基站之间保持时钟同频；步骤1.2、设置基站发射信号的频率为参考时钟的N倍频率，N为正整数；具体N的取值根据基站发送的射频信号的频率来确定；步骤1.3、所有基站按时间顺序依次发送第一射频信号，待测节点C接收来自基站A、基站B发送的信号，测得待测节点C接收到两个发送信号的时间差Δt，并测到对应接收时刻的瞬时相位Φ1、Φ2，并计算得到相位差：Φ1-Φ2；步骤1.4、基站A与基站B来回发送一次信号，分别测得基站A相对基站B的相位差εAB1及基站B相对基站A的相位差εBA1；步骤2、获得待测节点C在第二阶段接收到的任意两个基站A与基站B发送的第二射频信号的相位差；具体过程为：步骤2.1、更改基站发射信号的频率为参考时钟的N+1倍频率，步骤2.2、所有基站按时间顺序依次发送第二射频信号，待测节点C接收来自基站A、基站B发送的信号，测到对应接收时刻的瞬时相位Φ3、Φ4，并计算得到相位差：Φ3-Φ4；步骤2.3、基站A与基站B来回发送一次信号，分别测得基站A相对基站B的相位差εAB2及基站B相对基站A的相位差εBA2；步骤3、基站发射信号的频率不变，基站A连续两个时刻向待测节点C发送第三射频信号，待测节点C接收来自基站A两个信号，并测得对应接收时刻的瞬时相位Φ5、Φ6，并计算得到相位差：Φ6-Φ5；步骤4、根据下式计算得到距离差信息d1-d2：其中，d1表示基站A到待测节点C的距离，d2表示基站B到待测节点C的距离；c为光速，W为基站参考时钟频率，WC为待测节点C的频率；步骤5、根据上述距离差信息，实现待测节点C定位。本实施例中，如图1所示，以两个基站为例，完成1维定位；假设待测节点c到基站A的距离为d1，到基站B的距离为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相位差测量距离差的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获得待测节点C在第一阶段接收到的任意两个基站A与基站B发送的第一射频信号的相位差；具体过程如下：步骤1.1、通过有线或无线发送时钟的方式使得基站之间保持时钟同频；步骤1.2、设置基站发射信号的频率为参考时钟的N倍频率；步骤1.3、所有基站按时间顺序依次发送第一射频信号，待测节点C接收来自基站A、基站B发送的信号，测得待测节点C接收到两个发送信号的时间差Δt，并测到对应接收时刻的瞬时相位Φ1、Φ2，并计算得到相位差：Φ1‑Φ2；步骤1.4、基站A与基站B来回发送一次信号，分别测得基站A相对基站B的相位差εAB1及基站B相对基站A的相位差εBA1；步骤2、获得待测节点C在第二阶段接收到的任意两个基站A与基站B发送的第二射频信号的相位差；具体过程为：步骤2.1、更改基站发射信号的频率为参考时钟的N+1倍频率，步骤2.2、所有基站按时间顺序依次发送第二射频信号，待测节点C接收来自基站A、基站B发送的信号，测到对应接收时刻的瞬时相位Φ3、Φ4，并计算得到相位差：Φ3‑Φ4；步骤2.3、基站A与基站B来回发送一次信号，分别测得基站A相对基站B的相位差εAB2及基站B相对基站A的相位差εBA2；步骤3、基站发射信号的频率不变，基站A连续两个时刻向待测节点C发送第三射频信号，待测节点C接收来自基站A两个信号，并测得对应接收时刻的瞬时相位Φ5、Φ6，并计算得到相位差：Φ6‑Φ5；步骤4、根据下式计算得到距离差信息d1‑d2：...

【技术特征摘要】
1.一种基于相位差测量距离差的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获得待测节点C在第一阶段接收到的任意两个基站A与基站B发送的第一射频信号的相位差；具体过程如下：步骤1.1、通过有线或无线发送时钟的方式使得基站之间保持时钟同频；步骤1.2、设置基站发射信号的频率为参考时钟的N倍频率；步骤1.3、所有基站按时间顺序依次发送第一射频信号，待测节点C接收来自基站A、基站B发送的信号，测得待测节点C接收到两个发送信号的时间差Δt，并测到对应接收时刻的瞬时相位Φ1、Φ2，并计算得到相位差：Φ1-Φ2；步骤1.4、基站A与基站B来回发送一次信号，分别测得基站A相对基站B的相位差εAB1及基站B相对基站A的相位差εBA1；步骤2、获得待测节点C在第二阶段接收到的任意两个基站A与基站B发送的第二射频信号的相位差；具体过程为：步骤2.1、更改基站发射信号的频率为参考时钟的N+1倍频率，步骤2.2、所有基站按时间顺序依次发送第二射频信号，待测节点C接收来自基站A、基站B发送的信号，测到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张扬，邓术芬，周映伶，张翔，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51