具体实施方式

为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一无线通信模块和第二无线通信模块仅仅是为了区分不同的无线通信模块，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种区域网络化节点高精度自定位方法及系统。

参见图1和图2，本实施例提供了一种区域网络化节点高精度自定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤11：采用北斗差分定位算法对目标节点进行定位，得到第一定位结果。上述目标节点位于预设区域内。

步骤12：采用无线网络传感器定位算法对目标节点进行定位，得到第二定位结果。

步骤13：根据上述第一定位结果以及上述第二定位结果，确定目标节点的最终定位结果。

在一些实施例中，步骤11具体可以采用以下方式实现：

1)获取载波相位双差观测值、基线向量以及整周模糊度之间的关系函数。

上述载波相位双差观测值为目标节点和任一基准节点对第一北斗卫星和第二北斗卫星的载波相位双差观测值。基线向量为目标节点与基准节点之间的基线向量。

对上述关系函数进行介绍：

首先确定基准节点的位置，参见图3，一个或多个安装在已知坐标位置上的接收机作为基准节点接收机，通过基准节点接收机对北斗卫星信号的测量而计算出差分较正量，然后将差分校正量播发给位于差分服务范围内的流动节点接收机，流动节点接收机接收到从基准节点传送过来的观测信息，与自己本身接收机接收到的观测值在系统内组成差分观测值进行解算，得到目标节点接收机的实际位置。

差分定位主要分为位置差分、伪矩差分、载波相位平滑后的伪距差分以及载波相位差分四种，载波相位测量值的精度比伪距测量值的精度要高出几个数量级，因而基于载波相位的差分系统通常具有最高的定位精度，可以用来实现精密定位。差分定位根据操作的级数不同可以分为单差、双差、三差，单差是由两个卫星测量值经一次差分得到，单差的差分为双差，双差的再一次差分为三差，若对测量值多进行一次差分组合，则组合测量值中的更多的测量误差成分就会被消除。单差可以消除掉卫星钟差，双差在此基础上可以消除掉接收机钟差，三差虽然可以更进一步的消除双差整周模糊度，但是这个结果是以增大精度因子(DOP)为代价的，因而最终的定位精度不会太高，综合考虑，采用双差载波相位进行定位。

具体的计算公式如下：

载波相位观测方程式为：

在上式中，载波相位测量值是卫星载波信号从卫星端到接收机端的相位变化量，λ为波长，c为光速，为接收机钟差，δ_t ^(s)为卫星钟差，I为电离层延时，T为对流层延时，N为整周模糊度，为各种噪声误差。

参见图4，首先进行单差计算，两个相距不远的用户接收机(即上述目标节点接收机)i和基准节点接收机j同时跟踪一颗编号为p的卫星(即上述第一北斗卫星)，以波长为单位的接收机i与j对卫星p的载波相位测量值与可分别表达为

λ为波长，f为载波频率，r代表接收机与卫星的几何距离，δt_i、δt_j为接收机钟差，δ_t ^(p)为卫星钟差，I为电离层延时，T为对流层延时，N为整周模糊度，ε为各种噪声误差。将用户接收机i与基准节点接收机j之间对卫星p的单差载波相位测量值定义为他们两者的载波相位测量值之差，即：

单差几何距离：

接收机钟差(与δt_i性质一样)：

δt_ij＝δt_i-δt_j

单差电离层延时：

单差对流层延时：

单差整周模糊度：

单差测量噪声：

当用户(即目标节点)与基准节点相距不远，则单差电离层延时约等于零，当两者又位于同一高度时，单差对流层延时也接近于零。则短基线中，上式对卫星p的单差载波相位测量值为

再进行双差计算，假设用户接收机i和基准节点接收机j同时跟踪卫星p(即上述第一北斗卫星)和卫星q(即上述第二北斗卫星)，那么这两个接收机对卫星p的单差载波相位测量值为它们对卫星q的单差载波相位测量值为

给定同一测量时刻的单差和它们组成的双差载波相位测量值为：

在i、j测站t时刻p、q两颗卫星的载波相位双差观测方程为：

用户与基准节点到卫星p的单差几何距离等于用户到基准节点的基线向量b_ij在基准节点对卫星p观测方向上的上投影长度的相反数，如下式：

e_j为基准节点到卫星方向的单位向量，b_ij为基准节点到流动节点的基线向量。

双差与基线向量b_ij之间的关系方程式为

e_j为基准节点到卫星方向的单位向量，b_ij为基准节点到流动节点的基线向量。求解基线向量的具体方法为若两个接收机对M颗卫星有测量值，可以得到M个单差测量值，进而可以产生M(M-1)个双差测量值，只有M-1个双差值独立，则可以有M-1个方程来进行基线向量的求解，可以组成以下的矩阵方程式：

2)以双差载波相位测量残余的平方和最小为优化目标，采用LAMBAD算法求解所述整周模糊度。根据所述整周模糊度以及所述关系函数计算所述基线向量。

在以上公式中，要求解出基线向量要先得到整周模糊度的确定值，求解出整周模糊度，便可以求解出基线向量，可以实现定位解算。本实施例主要是采用LAMBDA算法来进行求解整周模糊度。双差载波相位的相对定位可写成如下的线性矩阵形式：

y＝A(Δb_ij)+BN

其中，y为双差载波相位测量值向量，Δb_ij为未知的基线向量，N为双差整周模糊度向量，A和B为常系数矩阵，最优解(Δb_ij，N)是能使得测量残余的平方和最小，即

LAMBAD算法以上述公式为目标函数完成对它的最小化，主要分为三步，分别为浮点解、整周模糊度估算和整数解，具体流程参见图5。

LAMBAD算法具体步骤如下：

第一步：不考虑整周模糊度N的整数要求直接求出上式中浮点型加权最小二乘解和

第二步：以整数向量N与浮点解之间的距离平方为目标函数，搜索整周模糊度N，使得目标函数达到最小值，将最优解记为

第三步：将整周模糊度最优整数解代入y＝A(Δb_ij)+BN，解出基线向量均最优整数解

基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值。在基线解算时，平差要分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数的和基线向量的实数解(浮点解)；在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解-整数解(固定解)。

3)根据所述基线向量计算得到第一定位结果。

基线向量是一个带有方向的参数，在知道基准节点具体位置的情况下，可以由基线向量推算出移动站的位置，进而实现定位解算。

需要说明的是，在北斗高精度定位过程中，需要将基准节点的接收数据和差分数据传送至流动节点，可以应用5g网络来进行数据的传送。

在一些实施例中，步骤12具体可以采用以下方式实现：

根据所述目标节点与至少三个信标节点之间的距离，计算得到第二定位结果。其中，目标节点和信标节点位于同一预设区域内。

参见图6，无线传感器网络是由大量能量功耗有限制的传感器节点在环境中分布组成的，可以通过节点之间的测距来进行定位，已知位置的传感器节点称为信标节点，其余的位置未知的节点称为未知节点。

无线传感器定位方法，不同节点之间的测距要通过已知节点得到未知节点的位置信息，必须先确定已知节点到未知节点的距离，才能得到未知节点的位置信息。

如图7所示，两点之间的距离为z₁，则此方程中有两个未知数，还需要一个方程来进行解算，若增加一个信标节点的位置C，它与未知节点之间的距离为z₂，则增加了一个方程为

由于解出来的x，y有两组解，无法确定唯一的一组解，所以还需要一个信标节点D，如图8所示。

要算出未知节点的位置，需要知道其它三个节点到它之间的距离，可以通过两点之间发射信号的时间差来进行测距，在图8中，信标节点作为发送节点，未知节点作为接收节点，发送节点同时发送两种不同传播速度的信号、接收节点根据两种信号到达的时间差和他们的传播速度来计算距离。假若两种信号的传播速度为v₁和v₂，到达时间分别为t₁和t₂，发送节点到接收节点的距离为z，则有：

可得

z＝(t₁-t₂)v₁v₂/(v₂-v₁)

通过此公式可分别求解出z₁，z₂，z₃，代入以下公式

由以上公式可求解出未知节点的唯一解，即可知道未知节点的位置坐标，由无线传感器可以进行未知节点的位置解算，具体流程参见图9。

基于上述算法，可以实现目标节点这一未知节点的定位。

在一些实施例中，步骤13可以通过以下方式实现：

根据第一定位结果以及第二定位结果，采用最小二乘法确定目标节点的最终定位结果。

在上述内容中，可以得到目标节点的两个定位结果，一个是利用北斗高精度定位来得到，另一个是利用无线传感器来得到，需要对这两个定位结果来进行分析，将目标节点的定位误差进行最小化，因此，采取最小二乘法来对这两个定位结果进行误差的修正，最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小，以此来提高区域待测节点(即上述目标节点)的定位精度。

本申请还提供了一种区域网络化节点高精度自定位系统，参见图10，该系统包括：

第一定位模块21，用于采用北斗差分定位算法对目标节点进行定位，得到第一定位结果；所述目标节点位于预设区域内；

第二定位模块22，用于采用无线网络传感器定位算法对所述目标节点进行定位，得到第二定位结果；

定位修正模块23，用于根据所述第一定位结果以及所述第二定位结果，确定所述目标节点的最终定位结果。

其中，第一定位模块21，具体包括：

关系函数获取单元，用于获取载波相位双差观测值、基线向量以及整周模糊度之间的关系函数；所述载波相位双差观测值为所述目标节点和任一基准节点对第一北斗卫星和第二北斗卫星的载波相位双差观测值，所述基线向量为所述目标节点与所述基准节点之间的基线向量；

整周模糊度求解单元，用于以双差载波相位测量残余的平方和最小为优化目标，采用LAMBAD算法求解所述整周模糊度；

基线向量计算单元，用于根据所述整周模糊度以及所述关系函数计算所述基线向量；

第一定位结果计算单元，用于根据所述基线向量计算得到所述第一定位结果。

第二定位模块22，具体包括：

第二定位单元，用于根据所述目标节点与至少三个信标节点之间的距离，计算得到所述第二定位结果；所述目标节点和所述信标节点位于同一所述预设区域内。

定位修正模块23，具体包括：

定位修正单元，用于根据所述第一定位结果以及所述第二定位结果，采用最小二乘法确定所述目标节点的最终定位结果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。