[发明专利]一种高精度定位方法及传感器

权利要求书

1.一种高精度定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、设立检测区域，将利用多个锚节点进行未知节点位置估计的问题进行转化：假设锚节点P1(X1,Y1)、P2(X2,Y2)...Pn(Xn，Yn)，未知节点P(x,y)，真实距离为r1，r2，...rn，传感器测距误差范围分别为ε1，ε2，...εn，锚节点到未知节点的测量距离分别为d1，d2，...dn；

步骤二、诊断是否为初次定位；

步骤三、建立模型，在一个由N个传感器节点组成的无线传感器网络中，全部节点随机部署，通过节点测量某个未知的目标源发射的声音信号能量建立能力模型；

步骤四、模块封装；

步骤五、干涉定位，通过增加不同位置网关发射节点，在不同时隙内，发射单音信号，便可以得到若干个以网关节点为焦点的双曲线方程，联立求解便可以求得待定位节点的位置信息；

步骤六、节点振动周期测量，接收节点通过对干涉信号进行平方处理后并通过低通滤波器后会得到节点的振动周期次数。

2.根据权利要求1所述的一种高精度定位方法，其特征在于，在所述步骤二中，判断是否为初次定位，如果是初次定位，则通过UWB超宽带三维算法计算出二维坐标以及高度值，然后将数据保持，如果不是初次定位，则获取之前保持的二维坐标以及高度值，然后通过UWB超宽带更新高度值。

3.根据权利要求1所述的一种高精度定位方法，其特征在于，在所述步骤三中，传感器节点接收到的声音信号能量数学模型为：

其中，Yt为第i个传感器接收到的总能量，Yst表示目标源的能量传递到第i个节点时的能量衰减值，S表示第i个传感器的增益，S表示目标声源的能量值，d1表示第i个传感器到目标的距离。

4.根据权利要求1所述的一种高精度定位方法，其特征在于，在所述步骤五中，网关锚节点A发射的单音信号：

S₁＝Acos(2πf₁t+φ₁) (1)

网关锚节点B发射的单音信号：

S₂＝Bcos(2πf₂t+φ₂) (2)

在视距环境下，接收节点C的接收信号如下，其中nt为噪声信号：

S＝A′cos[2πf₁(t+d_AC/c)+φ₁]+B′cos[2πf₂(t+d_BC/c)+φ₂]+n_t (3)

变换后得到信号：

S＝A′cos[2πf₁t+(2πf₁d_AC/c+φ₁)]+B′cos[2πf₂t+(2πf₂d_BC/c+φ₂)]+n_t (4)

接收端的信号经过平方运算和低通滤波处理以后得到的信号：

S′＝A₀B₀cos[2π(f₁-f₂)t+(2πf₁d_AC/c-2πf₂d_BC/c+φ₁-φ₂)]+n₀ (5)

信号S’在tn，时间段内的振动周期为n1，得到如下表达式：

2πn₁＝2π(f₁-f₂)t_n+(2πf₁d_AC/c-2πf₂d_BC/c+φ₁-φ₂) (6)

同样对位置已知的接收节点D点，可以得到如下的信号表达式：

2πn₂＝2π(f₁-f₂)t_n+(2πf₁d_AD/c-2πf₂d_BD/c+φ₁-φ₂) (7)(7)

(6)与(7)相减得到：

n₁-n₂＝(d_AC-d_AD)/λ₁+(d_BD-d_BC)/λ₂ (8)

(6)中的累积相位由两部分组成2π(f1-f2)tn是由固定频差引起的累积相位，而2πfd/C-2πf2dBC/c+λ1-λ2，是由距离差和初相引起的累积相位同，接收节点通过测量接收到的干涉信号的振动周期便可以得到含有dAC，dBC和初相的距离方程；其中dAC，dBC是未知量，φ1-φ2也是未知量，如果增加一个位置已知的参考接收节点，则可以通过(6)求解出φ1-φ2；而dAC-dBC为有符号的值，定位时C点位于以A，B为焦点的双曲线中的某一支上。