基于差分全球定位系统的无线节点相对定位方法技术方案

本发明专利技术公开一种无线通信技术领域的基于差分全球定位系统的无线节点相对定位方法，节点与ＧＰＳ模块进行授时同步以后，开始定位竞争，由定位竞争成功的节点发出定位请求，其他节点收到定位请求以后进入定位响应状态；当到达定位请求指定的定位时刻时，节点开始采样ＧＰＳ模块输出，处于定位响应状态的节点用定位数据和节点信息构成定位响应，返回给发起定位请求的节点；收到定位响应的节点，对定位数据进行处理，如果满足定位计算条件，则计算出节点间的相对位置，并将计算结果无线发送给发出该定位响应的节点，否则，丢弃该定位响应。本发明专利技术在没有固定基准站、基准站位置不能精确确定或者基准站移动的情况下，获得较高的相对位置定位精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通信
的定位方法，具体涉及一种基于差分全球定位 系统的无线节点相对定位方法。技术背景差分定位，也叫相对定位，是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点 之间的相对位置的方法。利用差分定位技术，可以完全消除卫星钟误差、星历误 差、SA政策等引起的误差，部分消除电离层折射、对流层折射等引起的传播延 迟误差。目前采用的差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数， 由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是， 发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。不论是哪种差分GPS技 术，都必须建立基准站，并知道基准站的精确坐标，基准站坐标的精度直接决定 了用户站的定位精度。在很多实际的应用系统中，基准站的位置通常都是固定不 动的，如我国沿海的RBN-DGPS系统，通过布置20个发射差分GPS (全球定位系 统)信号的信标台来帮助实现用户站的高精度定位。这些都限制了差分GPS的应 用范围。经对现有技术的文献检索发现，张淑芬等在《大连海事大学学报》2002年 第8期上发表的"位置差分GPS定位系统"，该文中提出基于固定基站的位置差 分GPS定位系统，用户站将自身的位置(经纬度)发送给基站，基站根据已知的 精确位置和实际定位位置对用户站位置进行修正，从而提高用户站的定位精度。 其不足在于基准站位置固定不能移动，并且需要已知基准站的精确位置。但是在很多实际应用中，并不具备上述差分定位方法的应用条件。如自主移 动机器人定位、智能雷场战术防御系统和环境监测传感器等。在这些应用中，工 作节点随机的分布在给定的环境区域内，节点可以通过GPS进行定位，但是无法 获得节点的精确坐标。而且节点还可能移动，无法固定某些节点作为基准站，上 述的差分定位方法不再适用。此时，如果直接采用单点GPS进行定位，则节点间的位置误差太大，不利于节点间相互协调工作。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种基于差分GPS原理的无线节点相对定 位方法。本专利技术采用一种用于分布式节点相对定位的方法，结合位置差分定位的 原理，在没有固定基准站或者不能得到基准站精确坐标情况下，各节点借助GPS 模块和无线通信链路，实现节点之间相对位置的精确确定。本专利技术是通过以下技术方案实现，本专利技术相对定位方法中，所有节点都与 GPS模块进行授时同步以后，开始定位竞争，由定位竞争成功的节点通过无线链 路发出定位请求；其他节点收到定位请求以后进入定位响应状态；当到达定位请 求指定的定位时刻时，所有节点开始采样各自的GPS模块输出，处于定位响应状 态的节点用定位数据和节点信息构成定位响应，通过无线链路返回给发起定位请 求的节点；收到定位响应的节点，对定位数据进行处理，如果满足定位计算条件， 则计算出节点间的相对位置，并将计算结果无线发送给发出该定位响应的节点， 否则，丢弃该定位响应。本专利技术方法包括如下步骤步骤一在节点进行相互定位之前，所有节点都通过GPS模块进行授时同步， 并且每隔指定时间进行一次授时同步操作，保证所有节点都具有相同的时间基 准。步骤二网络中的各节点通过定位竞争来选择发起定位请求的节点。如果节 点定位竞争成功，则可以通过无线链路在网络中向其邻居节点广播定位请求，在 定位请求报文中包含指定的定位时间。其他定位竞争失败的节点则进入延时等待 状态，准备接收定位请求。如果在指定的等待时间内没有收到定位请求，则再次 进入定位竞争状态。步骤三节点接收到定位请求以后，根据指定的定位时间设置本地实时时钟 中断时间常数，并进入定位响应状态。当到达指定的时刻时，所有节点都同时开 始采样GPS模块的输出，记录采样数据。接收到定位请求的节点在采样完成之后， 通过无线链路向发起定位请求的节点单播发送定位响应，定位响应包含节点信息 和采样数据。步骤四发起定位请求的节点收到其他节点返回的定位响应以后，从中提取出相应节点的采样数据，并与本节点的采样数据进行比较。判断收到的采样时间 是否与本节点的采样时间相同，并且判断参与定位的卫星编号与本节点定位采用 的卫星编号是否一致。在以上条件都满足的情况下，利用接收到的该节点的位置 数据和本节点的位置数据计算两节点之间的相对位置。以上有一个条件不满足则 丢弃该组采样数据。步骤五发起定位请求的节点计算出与某个节点的相对位置以后，将相对位 置数据发送给该节点；节点收到相对位置数据以后转换成相对于本节点的相对位 置数据，并记录保存。步骤六节点査看是否所有邻居节点的相对位置都已经得到，如果不是则转 步骤二；否则，定位结束。本专利技术步骤一所述授时同步过程，是指通过从GPS模块获取当前的标准时间来初始化节点的实时时钟(RTC Timer),只有在授时同步成功以后才能继续后面 的定位过程。本专利技术步骤二所述通过网络中节点之间的定位竞争来选择发起定位请求的 节点，是指节点经过一段随机等待以后开始尝试发送定位请求，如果在发送定位 请求之前，收到其他节点的定位请求，则该节点就不能发起定位请求，而进入响 应定位请求的状态。必须等到此次定位过程结束以后，通过执行步骤六检査如果 已经获得所有邻居节点的相对位置，如果是则停止定位请求竞争，否则开始新一 轮的定位请求竞争。本专利技术步骤二所述指定的定位时间是指在当前时刻之后的某一时刻，该时刻 的确定需要考虑无线通信状态和节点控制模块的处理能力，要保证在该时刻之前 所有需要定位的节点都通过无线链路接收到定位请求、处理该请求，并已经开启 实时时钟中断。本专利技术步骤三所述的采样GPS模块输出的过程中，每隔固定的时间读取并记 录GPS模块的输出，连续采样多次，这些采样数据和节点信息一起构成本节点的 定位响应。所述的采样数据包括采样时间、卫星编号和位置数据。本专利技术步骤四所述的相对位置，是指该节点相对于本节点的地面距离和方向 角，该方向角是以指向地球北极的正北方向为基准的顺时针方向旋转的角度。本专利技术步骤五所述收到相对位置数据的节点将位置数据转换成相对于本节点的相对位置的方法是距离不变，方位角减去180度。所述GPS模块，用于接收GPS导航电文，解算本节点的位置坐标和获取基准时间。所述节点控制模块，用于控制节点的运行，协调各模块的功能和实现定位流 程，完成节点间的相对定位。通过本专利技术的以上操作，定时采样保证各节点获得在同一时刻下的GPS数 据，在节点距离不远的情况下，节点所跟踪到的卫星都是一样的，这样计算相对 位置所采用的位置数据具有相同的时间和相同的卫星。根据差分GPS的原理，本 方法可以有效抵消系统误差的影响，提高节点间相对位置的定位精度。综上所述，本专利技术的核心思想是提供一种基于差分GPS的相对定位方法，具有以下优点1、不需要固定基站，节点之间通过无线通信进行定位协调，使进行相对定位的节点在同一时刻用相同的卫星来计算各自位置坐标，然后利用这些满足同时同星条件的位置坐标进行相对位置计算，可以提高相对位置精度。2、 节点可以移动，本专利技术提出的方法采用请求-响应的方式进行相对定位，因此节 点在移动以后只要重新发起定位请求，就可以重新进行节点间的相对定位，可以 满足节点移动情况下的定位要求。 附图说明图1为多节点相对定位的节点交互流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于差分全球定位系统的无线节点相对定位方法，其特征在于，所有节点都与ＧＰＳ模块进行授时同步以后，开始定位竞争，由定位竞争成功的节点通过无线链路发出定位请求，其他节点收到定位请求以后进入定位响应状态；当到达定位请求指定的定位时刻时，所有节点开始采样各自的ＧＰＳ模块输出，处于定位响应状态的节点用定位数据和节点信息构成定位响应，通过无线链路返回给发起定位请求的节点；收到定位响应的节点，对定位数据进行处理，如果满足定位计算条件，则计算出节点间的相对位置，并将计算结果无线发送给发出该定位响应的节点，否则，丢弃该定位响应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳品，双兵，李振波，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]