基于时间差测量的传感网时间同步和定位联合处理方法

摘要

一种基于时间差测量的传感网时间同步和定位联合处理方法，按如下步骤进行：(1) 未知节点的随机部署；（2）信标节点的部署与标定；（3）到达时间差（TDOA)测量；（4）测量数据收集；（5）迭代优化估计,按五个子步骤进行；（6）坐标图的绘制与时间同步参数标定。本发明通过节点间的TDOA测量建立节点位置坐标与时钟参数的约束关系，采用传感网中存在部分已知位置坐标的信标节点，以迭代优化方法估计未知节点的位置坐标及时间同步的时钟参数，既实现时间同步，又实现节点位置坐标估计，且该方法不依赖于发送信标节点的时钟参数，节省预先的信标节点时间同步成本，时间同步的时钟参数和位置坐标估计精度高。

主权项

一种基于时间差测量的传感网时间同步和定位联合处理方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)未知节点的随机部署：为监测某一区域范围内的传感信息，在所监测的区域范围内随机部署1～100个待标定时间同步和位置坐标参数的未知节点；(2)信标节点的部署与标定：在步骤(1)所述的监测区域内再部署3～10个信标节点，信标节点的位置坐标采用人工标定或GPS方式获取；(3)TDOA测量：信标节点j以超声波和电磁波两种不同传播方式在同一时刻向未知节点i发送信号，节点i分别在其时钟计时时间及时刻接收到两种不同信号，TDOA测量的到达时间差(TDOA)表示为则有节点间的测量方程关系式c₁及c₂分别为超声波和电磁波两种不同方式的信号传播速度，ω_i为未知节点i的时钟漂移率；(4)测量数据收集：节点间所有的TDOA测量到达时间差全部统一发送到服务器或集中式处理器上；(5)迭代优化估计：在步骤(4)所述的服务器或集中式处理器上进行时间同步和位置坐标参数的迭代优化估计,按如下子步骤进行：①初始化未知节点位置坐标为所有信标节点位置坐标的平均值，时钟漂移率等于1，误差阈值ε等于10^‑6及初始化迭代次数K等于0；②根据步骤(3)所述的测量方程关系式建立估计方法的优化函数，并进行时钟参数和位置坐标的参数估计；③迭代次数K＝K+1，当迭代次数达到最大值100，停止迭代计算，计算结束进入子步骤⑤；否则以当前的参数估计值迭代优化估计未知节点位置坐标及时钟漂移率；④根据两次相邻迭代结果的误差估计判断，是否满足误差小于设定阈值ε，若满足，则停止迭代计算进入子步骤⑤；否则更新当前参数估计结果，转入子步骤③进入下一次迭代优化过程；⑤将当前迭代优化的估计结果作为未知节点位置坐标及时钟漂移率的估计值，计算结束；(6)坐标图的绘制与时间同步参数标定：在所部署区域的坐标图上，绘制未知节点与信标节点的位置坐标，以估计的未知节点时钟漂移率标定时间同步参数。