本發(fā)明涉及無線通信距離估計(jì)和定位技術(shù)。

背景技術(shù)：

實(shí)際無線通信環(huán)境中，由于噪聲、環(huán)境和測(cè)量誤差等不良因素的影響，引起各通信距離估計(jì)結(jié)果具有不同程度的誤差，導(dǎo)致基于toa通信距離估計(jì)結(jié)果具有很強(qiáng)的不確定性，給通信距離估計(jì)精度提高的途徑和方法，以及通信距離值在定位計(jì)算等后續(xù)應(yīng)用處理方法提出了挑戰(zhàn)。本發(fā)明針對(duì)上述問題，對(duì)基于toa通信距離估計(jì)過程中引起不確定性的因素進(jìn)行敏感性分析，分析出導(dǎo)致不確定性的主要因素及機(jī)理，為改善距離估計(jì)精度方法提供指導(dǎo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決基于toa通信距離估計(jì)過程中的不確定性敏感性分析和傳播問題，提供一種基于toa通信距離估計(jì)的不確定性分析方法。

本發(fā)明所述的一種基于toa通信距離估計(jì)的不確定性分析方法包括以下步驟：

步驟一、系統(tǒng)中有2個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，分別為無線通信發(fā)送節(jié)點(diǎn)和無線通信接收節(jié)點(diǎn)，它們都具有nanoloc無線射頻收發(fā)器，采用雙邊對(duì)等方法測(cè)量發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間無線通信時(shí)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間t，并乘以無線信號(hào)在空氣中的傳輸速度v，得到兩個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信距離估計(jì)值d，如公式(1)所示：

d＝vt(1)

其中，d為發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)之間的距離估計(jì)值，t表示接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)間距離為d時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間無線通信信號(hào)傳輸所用的時(shí)間，v表示無線電磁波信號(hào)在空氣介質(zhì)中的傳輸速度，其值為3*10⁸m/s；

步驟二、由公式(1)可知，基于toa通信距離估計(jì)過程中不確定性因素是傳輸時(shí)間測(cè)量值t，采用偏微分的方法，求t在公式(1)中的偏導(dǎo)，獲得傳輸時(shí)間測(cè)量值不確定性影響距離估計(jì)結(jié)果的敏感因子st：

其中，敏感因子st表明傳輸時(shí)間t對(duì)通信距離估計(jì)d影響程度的大??；

步驟三、在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)間距離為任意值d時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)采用雙邊對(duì)等測(cè)量方法，通過它們的nanoloc無線射頻收發(fā)器，重復(fù)m次測(cè)量無線電信號(hào)在它們之間距離d傳輸所用的時(shí)間t，獲得m組傳輸時(shí)間t測(cè)量值{t1,t2,t3,…,tm,…,tm}，其中m和m為正整數(shù)，且1≤m≤m，10≤m≤50，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，如公式(3)和公式(4)所示，得到t值的統(tǒng)計(jì)均值t_u和標(biāo)準(zhǔn)差t_σ，其中統(tǒng)計(jì)均值t_u作為t的最終測(cè)量值，統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差t_σ作為t的最終測(cè)量值的不確定度，本發(fā)明中m為用戶設(shè)定的參數(shù)，m取值20；

步驟四、基于toa的通信距離d估計(jì)結(jié)果d_u如公式(5)所示，通信距離d估計(jì)結(jié)果的不確定度d_σ如公式(6)所示：

其中，d_σ為通信距離d估計(jì)結(jié)果d_u的不確定程度的大小，表示估計(jì)結(jié)果的可信賴程度，也與距離估計(jì)結(jié)果的置信概率相對(duì)應(yīng)，也為后續(xù)無線定位等處理方法提供先驗(yàn)和決策信息；

步驟五、無線發(fā)送節(jié)點(diǎn)判斷距離估計(jì)任務(wù)是否完成，若是，則停止距離估計(jì)及其不確定性分析，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟三到步驟六。

附圖說明

圖1為一種基于toa通信距離估計(jì)的不確定性分析方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種基于toa通信距離估計(jì)的不確定性分析方法包括以下步驟：

步驟一、系統(tǒng)中有2個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，分別為無線通信發(fā)送節(jié)點(diǎn)和無線通信接收節(jié)點(diǎn)，它們都具有nanoloc無線射頻收發(fā)器，采用雙邊對(duì)等方法測(cè)量發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間無線通信時(shí)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間t，并乘以無線信號(hào)在空氣中的傳輸速度v，得到兩個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信距離估計(jì)值d，如公式(1)所示：

d＝vt(1)

其中，d為發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)之間的距離估計(jì)值，t表示接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)間距離為d時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間無線通信信號(hào)傳輸所用的時(shí)間，v表示無線電磁波信號(hào)在空氣介質(zhì)中的傳輸速度，其值為3*10⁸m/s；

步驟二、由公式(1)可知，基于toa通信距離估計(jì)過程中不確定性因素是傳輸時(shí)間測(cè)量值t，采用偏微分的方法，求t在公式(1)中的偏導(dǎo)，獲得傳輸時(shí)間測(cè)量值不確定性影響距離估計(jì)結(jié)果的敏感因子st：

其中，敏感因子st表明傳輸時(shí)間t對(duì)通信距離估計(jì)d影響程度的大?。?/p>

步驟三、在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)間距離為任意值d時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)采用雙邊對(duì)等測(cè)量方法，通過它們的nanoloc無線射頻收發(fā)器，重復(fù)m次測(cè)量無線電信號(hào)在它們之間距離d傳輸所用的時(shí)間t，獲得m組傳輸時(shí)間t測(cè)量值{t1,t2,t3,…,tm,…,tm}，其中m和m為正整數(shù)，且1≤m≤m，10≤m≤50，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，如公式(3)和公式(4)所示，得到t值的統(tǒng)計(jì)均值t_u和標(biāo)準(zhǔn)差t_σ，其中統(tǒng)計(jì)均值t_u作為t的最終測(cè)量值，統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差t_σ作為t的最終測(cè)量值的不確定度，本發(fā)明中m為用戶設(shè)定的參數(shù)，m取值20；

步驟四、基于toa的通信距離d估計(jì)結(jié)果d_u如公式(5)所示，通信距離d估計(jì)結(jié)果的不確定度d_σ如公式(6)所示：

其中，d_σ為通信距離d估計(jì)結(jié)果d_u的不確定程度的大小，表示估計(jì)結(jié)果的可信賴程度，也與距離估計(jì)結(jié)果的置信概率相對(duì)應(yīng)，也為后續(xù)無線定位等處理方法提供先驗(yàn)和決策信息；

步驟五、無線發(fā)送節(jié)點(diǎn)判斷距離估計(jì)任務(wù)是否完成，若是，則停止距離估計(jì)及其不確定性分析，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟三到步驟六。

具體實(shí)施方案二，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的一種基于toa通信距離估計(jì)的不確定性分析方法的步驟四作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，通信距離d估計(jì)結(jié)果在區(qū)間[u_d-σ_du_d+σ_d]的概率為68.26％，通信距離d估計(jì)結(jié)果在區(qū)間[u_d-2*σ_du_d+2*σ_d]的概率為95.44％，通信距離d估計(jì)結(jié)果在區(qū)間[u_d-3*σ_du_d+3*σ_d]的概率為99.73％。

具體實(shí)施方案三，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的一種基于toa通信距離估計(jì)的不確定性分析方法作進(jìn)一步說明，其特征在于采用偏微分的方法，獲得通信距離估計(jì)過程中傳輸時(shí)間測(cè)量的不確定性的敏感因子，評(píng)估傳輸時(shí)間測(cè)量的不確定度對(duì)距離結(jié)果的影響程度大小，為改善距離估計(jì)精度的方法提供重要的參考信息。

具體實(shí)施方案四，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的一種基于toa通信距離估計(jì)的不確定性分析方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，從理論本質(zhì)上，分析出導(dǎo)致距離估計(jì)誤差產(chǎn)生的主要因素和機(jī)理。

具體實(shí)施方案四，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的一種基于toa通信距離估計(jì)的不確定性分析方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，通過不確定性傳播分析，獲得通信距離估計(jì)結(jié)果及其不確定性，為后續(xù)無線定位等應(yīng)用處理方法提供重要的先驗(yàn)參考信息。