[实用新型]基于ZigBee技术的自组网定位系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种ZigBee定位系统，特别是一种利用线性调频扩频技术（CSS)采用TOA/TDOA定位算法的ZigBee自组网定位系统。

背景技术

ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4标准开发的短距离无线网络通信标准，工作在免费开放的2.4Ghz、868MHz和915MHz的ISM频段上，传输速率为20-250kb/s，传输距离为10-75m，与其它各种无线网络技术相比，其最大优势是成本低、功耗低。基于以上特点，目前关于ZigBee定位系统的研究受到了人们的广泛关注。

目前已有的ZigBee定位系统大多数采用RSSI定位算法，基于射频信号强弱的RSSI定位算法，是一种常见的基于射频信号强弱来测试距离的定位方法。它的定位原理是：已知信标节点的发射强度，盲节点在接收到信标节点的信号时，测量出当前发射信号的强度，根据前后的信号强度差（即：损耗强度）计算出信标节点和盲节点的间距。其具体实现过程可以分为两个阶段，第一阶段是利用盲节点检测到的三个信标节点RSSI值，分别测量这三个信标节点与该盲节点间的距离，此为测距阶段。第二阶段是以这三个信标节点为圆心，以测得的三个测距值为半径做三个圆，三个圆的交点即为盲节点，利用公式即可求得盲节点的坐标，此为计算坐标阶段。其原理如图1所示。

由于传感器节点本身具有信号的无线收发能力，我们仅需测量出信号的损耗强度就可实现测距，因此RSSI是一种易实现、低成本的测距算法。但在实际的无线传感器定位网络中，反射、多径传播、非视距、天线增益等问题都会对信号强度的损耗造成影响。因此，RSSI也是一种粗糙的测距算法，其在实际应用中的定位精度比较低。

由于以上原因，造成现有的ZigBee定位系统具有定位精度不高（实用中3-20 米误差），环境适应性差，容易受外界干扰（人体、雨水、金属、墙体），无法在工程中应用等缺点；并且现有的ZigBee定位系统不能支持长距离测量，最远支持80米，达到3米精度左右精确测量的最大范围在15-30米。现有的ZigBee定位系统的上述缺点使其主要应用于小数据量传输与控制领域，目前无法应用于精确定位领域。所以，近年来对ZigBee定位系统进行改进已成为一个研究热点。

发明内容

本实用新型针对目前ZigBee定位系统在实际应用中存在的上述问题，利用线性调频扩频技术（CSS)采用TOA/TDOA定位取代ZigBee定位系统中原有的RSSI定位，在保证低能量消耗、低速率传输、低成本的基础上，得到了一种稳定的高精度的定位。

本实用新型的基于ZigBee技术的自组网定位系统，包括数据处理中心、基于ZigBee技术的自组网络和具有定位标签的终端设备。所述基于ZigBee技术的自组网络包括ZigBee协调器和多个定位基站，ZigBee协调器用于组建网络以及管理、维护路由表，定位基站具有ZigBee路由功能，在完成对终端设备的定位标签测距的同时，作为ZigBee路由器转发定位数据，定位数据通过ZigBee协调器上传到数据处理中心。数据处理中心根据ZigBee协调器传输的定位数据，对终端设备进行定位。基于ZigBee协议的自组网络基于CSS技术进行通信。该系统采用TOA或TDOA定位算法进行系统定位。

ZigBee协调器向数据处理中心传输的定位数据为定位基站的固定参考节点坐标、定位标签到定位基站距离，数据处理中心根据该上述数据计算具有该定位标签的终端设备的坐标，对终端设备进行定位。

本实用新型的定位系统定位精度可满足绝大多数应用需求，并且采用TOA或TDOA定位技术，使得系统抗干扰能力强、定位精度高、并且定位精度稳定。同时具有ZigBee系统自组网、成本低、易安装部署的优点。

附图说明

图1是现有技术中采用RSSI算法的ZigBee定位系统定位原理图；

图2是本实用新型的CSS脉冲压缩示意图；

图3是本实用新型TOA定位原理示意图；

图4是本实用新型TDOA定位原理示意图；

图5是本实用新型的基于ZigBee技术的自组网定位系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图3-4对本实用新型的作进一步的描述。

 （1）线性调频扩频(Chirp Spread Spectrum，CSS)技术