CN107124700A - 一种基于tdoa通信距离估计的不确定性分析方法 - Google Patents
一种基于tdoa通信距离估计的不确定性分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107124700A CN107124700A CN201710368739.1A CN201710368739A CN107124700A CN 107124700 A CN107124700 A CN 107124700A CN 201710368739 A CN201710368739 A CN 201710368739A CN 107124700 A CN107124700 A CN 107124700A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- distance
- tdoa
- uncertainty
- communication
- node
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
- H04W4/02—Services making use of location information
- H04W4/023—Services making use of location information using mutual or relative location information between multiple location based services [LBS] targets or of distance thresholds
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/0257—Hybrid positioning
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/30—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
- H04W4/02—Services making use of location information
- H04W4/025—Services making use of location information using location based information parameters
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
- H04W64/003—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management locating network equipment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法,涉及基于TDOA无线通信距离估计过程中的不确定性分析。本发明是为了有效解决基于TDOA通信距离估计过程中的不确定性敏感性分析和传播问题。本发明所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法,首先分析距离估计过程中的不确定性因素,采用偏微分的方法获得不确定性因素的敏感因子;然后测量基于TDOA通信距离估计中传输时间差测量的不确定性,从而评估传输时间测量不确定度对距离估计结果的影响程度,为改善通信距离估计精度方法提供支持;最后,计算传输时间差测量值的不确定性传播到距离估计结果的影响,并以此来评估通信距离估计的质量,也为后续处理方法提供质量评估参考。
Description
技术领域
本发明涉及通信距离估计和定位技术。
背景技术
实际无线通信环境中,由于噪声、环境和测量误差等不良因素的影响,引起通信距离估计具有较大的误差,导致通信距离估计结果具有很强的不确定性,给通信距离估计精度提高的途径和方法,以及通信距离值在后续定位计算等处理方法提出了挑战。针对上述问题,本发明对基于TDOA通信距离估计过程中引起不确定性的因素进行敏感性分析,分析出导致不确定性的主要因素及机理,为改善距离估计精度提供指导。
发明内容
本发明的目的是为了有效解决基于TDOA通信距离估计过程中的不确定性敏感性分析和传播问题,提供一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法。
本发明所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法包括以下步骤:
步骤一、TDOA通信距离估计***中有两个无线传感器网络节点,它们都具有nanoLoc无线射频收发模块和超声波收发器模块,一个为发射节点,另一个为接收节点,发射节点具有超声波发射功能,接收节点具有超声波接收功能,通过接收节点接收到无线电波信号和超声波信号的时间差来估计发射节点和接收节点之间的距离;
步骤二、在发射端,发射节点同时发出电磁波信号和超声波信号,由于在空气中,电磁波信号传播速度远大于超声波传播速度,所以接收节点先后接收到电磁波信号和超声波信号,分别记录接收时刻t1和t2(t2>t1),通过接收两种信号的时间差可以估计出发射节点和接收节点间的距离,如公式(1)所示:
其中,为距离估计值,c为电磁波在空气中的传播速度,c≈3.0*108m/s,v为超声波在空气中的传播速度,v≈340m/s,Δt为两种信号到达时间差,Δt=t2-t1;
步骤三、公式(1)中v和c都为常量,所以影响距离估计准确性因素的只有Δt,通过公式(2)求出Δt的敏感因子SΔt,它表示Δt对距离估计值影响程度的大小,
其中,敏感因子SΔt为时间差Δt对距离估计值影响的敏感程度;
步骤四、当发射节点与接收节点间的距离在通信范围内的任意值d时,发射节点同时发出电磁波信号和超声波信号,接收节点分别记下接收到两种信号的时刻t1和t2,得到时间差Δt1,重复以上过程N-1次,其中N为正整数,且10≤N≤100,本专利中N取值为60,由此得到可以得到时间差序列ΔT={Δt1,Δt2,Δt3,…,Δtn,…,ΔtN},对ΔT进行统计计算,得到其统计均值Δt_u和统计标准差Δtσ,将Δt_u作为时间差Δt的最终测量值,Δt_σ作为Δt的不确定度;
步骤五、发射节点和接收节点间距离估计值及其不确定性分别由公式(5)和公式(6)计算得到,
其中不确定性表示距离估计结果D的不确定程度的大小,也与距离估计结果的置信概率相对应,为定位计算等后续处理方法提供先验和决策信息;
步骤六、无线发送节点判断距离估计任务是否完成,若是,则结束距离估计和不确定性分析,否则,继续执行步骤四到步骤六;
附图说明
图1为一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法包括以下步骤:
步骤一、TDOA通信距离估计***中有两个无线传感器网络节点,它们都具有nanoLoc无线射频收发模块和超声波收发器模块,一个为发射节点,另一个为接收节点,发射节点具有超声波发射功能,接收节点具有超声波接收功能,通过接收节点接收到无线电波信号和超声波信号的时间差来估计发射节点和接收节点之间的距离;
步骤二、在发射端,发射节点同时发出电磁波信号和超声波信号,由于在空气中,电磁波信号传播速度远大于超声波传播速度,所以接收节点先后接收到电磁波信号和超声波信号,分别记录接收时刻t1和t2(t2>t1),通过接收两种信号的时间差可以估计出发射节点和接收节点间的距离,如公式(1)所示:
其中,为距离估计值,c为电磁波在空气中的传播速度,c≈3.0*108m/s,v为超声波在空气中的传播速度,v≈340m/s,Δt为两种信号到达时间差,Δt=t2-t1;
步骤三、公式(1)中v和c都为常量,所以影响距离估计准确性因素的只有Δt,通过公式(2)求出Δt的敏感因子SΔt,它表示Δt对距离估计值影响程度的大小,
其中,敏感因子SΔt为时间差Δt对距离估计值影响的敏感程度;
步骤四、当发射节点与接收节点间的距离在通信范围内的任意值d时,发射节点同时发出电磁波信号和超声波信号,接收节点分别记下接收到两种信号的时刻t1和t2,得到时间差Δt1,重复以上过程N-1次,其中N为正整数,且10≤N≤100,本专利中N取值为60,由此得到可以得到时间差序列ΔT={Δt1,Δt2,Δt3,…,Δtn,…,ΔtN},对ΔT进行统计计算,得到其统计均值Δt_u和统计标准差Δtσ,将Δt_u作为时间差Δt的最终测量值,Δt_σ作为Δt的不确定度;
步骤五、发射节点和接收节点间距离估计值及其不确定性分别由公式(5)和公式(6)计算得到,
其中不确定性表示距离估计结果D的不确定程度的大小,也与距离估计结果的置信概率相对应,为定位计算等后续处理方法提供先验和决策信息;
步骤六、无线发送节点判断距离估计任务是否完成,若是,则结束距离估计和不确定性分析,否则,继续执行步骤四到步骤六;
具体实施方案二,本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法的步骤五作进一步说明,本实施方式中,通信距离d估计结果在区间的概率为68.26%,通信距离d估计结果在区间 的概率为95.44%,通信距离d估计结果在区间 的概率为99.73%。
具体实施方案三,本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法作进一步说明,本实施方式中,从本质上分析出了导致误差产生的主要因素和机理,给出的不确定度能够表明距离估计结果的可信赖程度,给无线定位计算等后续处理方法提供重要的先验知识,提高了其实际应用价值。
具体实施方案四,本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法作进一步说明,本实施方式中,采用偏微分法,通过分析基于TDOA的通信距离估计模型,得到影响距离估计结果的敏感因子及其影响程度的大小。
具体实施方案五,本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法作进一步说明,本实施方式中,能够为提高距离估计结果的精度和价值提供指导,为故障诊断、预测等其他领域的不确定性分析方法提供参考,具有重要的理论与现实意义。该方法适用于无线环境中距离估计和定位技术领域,同时还可以扩展到水下的定位技术应用中。
Claims (5)
1.一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法,其特征在于所述方法包括以下步骤:
步骤一、TDOA通信距离估计***中有两个无线传感器网络节点,它们都具有nanoLoc无线射频收发模块和超声波收发器模块,一个为发射节点,另一个为接收节点,发射节点具有超声波发射功能,接收节点具有超声波接收功能,通过接收节点接收到无线电波信号和超声波信号的时间差来估计发射节点和接收节点之间的距离;
步骤二、在发射端,发射节点同时发出电磁波信号和超声波信号,由于在空气中,电磁波信号传播速度远大于超声波传播速度,所以接收节点先后接收到电磁波信号和超声波信号,分别记录接收时刻t1和t2(t2>t1),通过接收两种信号的时间差可以估计出发射节点和接收节点间的距离,如公式(1)所示:
其中,为距离估计值,c为电磁波在空气中的传播速度,c≈3.0*108m/s,v为超声波在空气中的传播速度,v≈340m/s,Δt为两种信号到达时间差,Δt=t2-t1;
步骤三、公式(1)中v和c都为常量,所以影响距离估计准确性因素的只有Δt,通过公式(2)求出Δt的敏感因子SΔt,它表示Δt对距离估计值影响程度的大小,
其中,敏感因子SΔt为时间差Δt对距离估计值影响的敏感程度;
步骤四、当发射节点与接收节点间的距离在通信范围内的任意值d时,发射节点同时发出电磁波信号和超声波信号,接收节点分别记下接收到两种信号的时刻t1和t2,得到时间差Δt1,重复以上过程N-1次,其中N为正整数,且10≤N≤100,本专利中N取值为60,由此得到可以得到时间差序列ΔT={Δt1,Δt2,Δt3,...,Δtn,...,ΔtN},对ΔT进行统计计算,得到其统计均值Δt_u和统计标准差Δtσ,将Δt_u作为时间差Δt的最终测量值,Δt_σ作为Δt的不确定度;
步骤五、发射节点和接收节点间距离估计值及其不确定性分别由公式(5)和公式(6)计算得到,
其中不确定性表示距离估计结果D的不确定程度的大小,也与距离估计结果的置信概率相对应,为定位计算等后续处理方法提供先验和决策信息;
步骤六、无线发送节点判断距离估计任务是否完成,若是,则结束距离估计和不确定性分析,否则,继续执行步骤四到步骤六。
2.根据权利要求1所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法的步骤五作进一步说明,其特征在于通信距离d估计结果在区间的概率为68.26%,通信距离d估计结果在区间的概率为95.44%,通信距离d估计结果在区间的概率为99.73%。
3.根据权利要求1所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法作进一步说明,其特征在于从本质上分析出了导致误差产生的主要因素和机理,给出的不确定度能够表明距离估计结果的可信赖程度,给无线定位计算等后续处理方法提供重要的先验知识,提高了其实际应用价值。
4.根据权利要求1所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法作进一步说明,其特征在于采用偏微分法,通过分析基于TDOA的通信距离估计模型,得到影响距离估计结果的敏感因子及其影响程度的大小。
5.根据权利要求1所述的一种基于TDOA通信距离估计的不确定性分析方法作进一步说明,其特征在于为提高距离估计结果的精度和价值提供指导,为故障诊断、预测等其他领域的不确定性分析方法提供参考,具有重要的理论与现实意义。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710368739.1A CN107124700A (zh) | 2017-05-23 | 2017-05-23 | 一种基于tdoa通信距离估计的不确定性分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710368739.1A CN107124700A (zh) | 2017-05-23 | 2017-05-23 | 一种基于tdoa通信距离估计的不确定性分析方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107124700A true CN107124700A (zh) | 2017-09-01 |
Family
ID=59728527
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710368739.1A Pending CN107124700A (zh) | 2017-05-23 | 2017-05-23 | 一种基于tdoa通信距离估计的不确定性分析方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107124700A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109348420A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-02-15 | 武汉微智创大科技有限公司 | 无线装置间距离识别方法及*** |
CN109884589A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-06-14 | 华南理工大学 | 一种较高精度可见光室内机器人定位装置 |
-
2017
- 2017-05-23 CN CN201710368739.1A patent/CN107124700A/zh active Pending
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
QINGHUA LUO: "RSSI-Based localization through uncertain data mapping for wireless sensor networks", 《IEEE SENSORS JOURNAL》 * |
彭宇等: "UIDK-means 多为不确定性测量数据聚类算法", 《仪器仪表学报》 * |
彭宇等: "无线传感器网络定位技术综述", 《电子测量与仪器学报》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109348420A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-02-15 | 武汉微智创大科技有限公司 | 无线装置间距离识别方法及*** |
CN109348420B (zh) * | 2018-11-28 | 2021-01-29 | 武汉微智创大科技有限公司 | 无线装置间距离识别方法及*** |
CN109884589A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-06-14 | 华南理工大学 | 一种较高精度可见光室内机器人定位装置 |
CN109884589B (zh) * | 2019-01-31 | 2021-08-10 | 华南理工大学 | 一种较高精度可见光室内机器人定位装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8340022B2 (en) | Wireless location determination system and method | |
US6710743B2 (en) | System and method for central association and tracking in passive coherent location applications | |
US7574221B2 (en) | Method for estimating jointly time-of-arrival of signals and terminal location | |
JP3461167B2 (ja) | 位置計算方法及び位置算出装置 | |
CN107576936B (zh) | 一种去除宽带噪声干扰信号交叉定位虚假点的方法 | |
JP2008527394A (ja) | マルチパス信号を用いて位置決めを行うためのシステム及び方法 | |
US9664770B2 (en) | Method and system for simultaneous receiver calibration and object localisation for multilateration | |
JP2006349470A (ja) | アップリンク干渉源位置特定装置及びその方法 | |
CN112162244B (zh) | 一种相关噪声和随机丢包环境下的事件触发目标跟踪方法 | |
CN108226912B (zh) | 基于稀疏网络的非接触物体感知定位的方法及*** | |
CN108279007B (zh) | 一种基于随机信号的定位方法及装置 | |
CN108882171A (zh) | 一种基于csi的人员轨迹跟踪方法 | |
CN114205906B (zh) | 一种基于uwb信道质量评估的室内定位方法 | |
CN107124700A (zh) | 一种基于tdoa通信距离估计的不确定性分析方法 | |
KR102416604B1 (ko) | 무선통신 시스템의 정밀 측위 방법 및 장치 | |
CN114144690A (zh) | 用于自动标记高精度室内定位和确定位置信息的设备和方法 | |
US10820152B2 (en) | Device diversity correction method for RSS-based precise location tracking | |
Kia et al. | RSS-based fusion of UWB and WiFi-based ranging for indoor positioning | |
JP2016170032A (ja) | 波源位置選択装置、波源位置算出装置、波源位置選択方法、波源位置算出方法、及びプログラム | |
Wielandner et al. | Multipath-based SLAM with multiple-measurement data association | |
JP6331072B2 (ja) | ホワイトスペース検出装置、ホワイトスペース検出方法、及びプログラム | |
US10123298B1 (en) | Estimating the location of a wireless terminal based on detection of whether it is moving or stationary | |
CN108111440A (zh) | 一种ofdm的子信道估计测距方法 | |
Yu et al. | Indoor localization algorithm for TDOA measurement in NLOS environments | |
JP6819797B2 (ja) | 位置推定装置、位置推定方法とプログラム、並びに、位置推定システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170901 |