基于频率偏差抵消的TDOA无线定位新方案_马正华.pdf

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1、第２５卷第１期常州大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．１２０１３年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｊａｎ．２０１３文章编号：２０９５－０４１１（２０１３）０１－００５１－０５＊基于频率偏差抵消的ＴＤＯＡ无线定位新方案马正华１，曹中１，周炯如１，李俊２，曹元２（１．常州大学信息科学与工程学院，江苏常州２１３１６４；２．常州唐恩软件科技有限公司，江苏常州２１３１６４）摘要：基于到达时间差（ＴｉｍｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＡｒｒｉｖａｌ，简称ＴＤＯＡ）的定位技术是当今无线定位的研究热点。

2、首先提出了两路测距（Ｔｗｏ－ＷａｙＲａｎｇｉｎｇ，简称ＴＷＲ）和对称双边两路测距（ＳｙｍｍｅｔｒｉｃＤｏｕｂｌｅＳｉｄｅｄＴｗｏ－ＷａｙＲａｎｇｉｎｇ，简称ＳＤＳ－ＴＷＲ）无线测距原理和算法，并对两者的测距精度进行了一个简单的分析。进而给出了基于单路测距（Ｏｎｅ－ＷａｙＲａｎｇｉｎｇ，简称ＯＷＲ）的ＴＤＯＡ无线定位方案，利用两次传输数据和接收数据的时间间隔相等以及ＳＤＳ－ＴＷＲ测距距离偏差公式计算出两节点的各自频率偏差，用于提高定位结果的精度。通过仿真验证了该方法能显著提高基于ＴＤＯＡ无线定位系统的定位精度。关键词：到达时间差；无线定位；两路测距；对称双边两

3、路测距；频率偏差中图分类号：ＴＫ２２９．８文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－０４１１．２０１３．０１．０１１ＮｅｗＷｉｒｅｌｅｓｓＬｏｃａｔｉｏｎＳｃｈｅｍｅＢａｓｅｄｏｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｅｖｉａｔｉｏｎＥｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ１，ＣＡＯＺｈｏｎｇ１，ＺＨＯＵＪｉｏｎｇ－ｒｕ１，ＬＩＪｕｎ２，ＣＡＯＹｕａｎ２ＭＡＺｈｅｎｇ－ｈｕａ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ；２．ＤＯＮＮＴｅｃｈｎｏｌｏｇ

4、ｙ（ＣｈａｎｇＺｈｏｕ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｏｎＴＤＯＡｉｓｗｉｄｅｌｙｐａｉｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｄａｙ．ＴＷＲａｎｄＳＤＳ－ＴＷＲｗｉｒｅｌｅｓｓｒａｎｇｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｆｉｒｓｔ，ａｎｄｔｈｅｉｒｒａｎｇｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄｓｉｍｐｌｙ．ＷｉｒｅｌｅｓｓｌｏｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎＴＤＯＡｏｆＯＷＲｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｓａｍｅｔ

5、ｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｄａｔａｓｅｎｄｉｎｇａｎｄｒｅｃｅｉｖｉｎｇ，ａｎｄｕｓｉｎｇＳＤＳ－ＴＷＲｒａｎｇｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｅａｃｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｗｏｎｏｄｅｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅ－ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｌｏｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓ

6、ｅｄｏｎＴＤＯＡ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＤＯＡ；ｗｉｒｅｌｅｓｓｌｏｃａｔｉｏｎ；ＴＷＲ；ＳＤＳ－ＴＷＲ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｖｉａｔｉｏｎ［１］无线传感器网络被评为２１世纪最有影响力根据定位解算过程是否用到距离或者角度等信的２１项技术和改变世界的１０大技术之一，传感器息，可以把定位方式分为：基于测距的无线定位及节点定位技术毫无疑问成为无线传感器网络应用过与测距无关的无线定位。目前使用比较多的测距技［２－３］［４－５］程中关键技术之一，在目标监测和跟踪等众多工业术有利用ＲＳＳＩ测距，利用ＴＯＡ或者［６］［７］应用中也是不可或缺的。ＴＤＯＡ测距和利用ＡＯＡ测距

7、。基于ＲＳＳＩ的＊收稿日期：２０１２—１１—２３基金项目：江苏省科技支持计划工业部分项目（ＣＥ２０１２００２１）作者简介：马正华（１９６２—），男，江苏昆山人，教授。常州大学学报（自然科学版）２０１３年测距技术受环境影响比较大，测距结果非常不稳的，所以晶振的震荡频率偏差也即为这里时间的偏定，ＡＯＡ测距技术常常需要智能天线的支持，基差，故这里的ｅＡ可以直接加入下面基于时间的公［８］础设施成本比较高。ＴＯＡ测距技术是利用脉冲式使用），节点Ｂ的频率偏差是ｅＢ，那么信号传播测量、扩频技术和相位测量等多种技术测量两节点的实际延时ｔＲＥＡＬ为：之间信号传输的时间，进而获

8、得两节点之间的距１ｔＲＥＡＬ＝［ｔＣＮＴ（１＋ｅＡ）