CN111077513A - 一种基于啁啾扩频实现定时定位的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于啁啾扩频实现定时定位的方法，包括：基于从不同网关接收到的接收信号强度指示RSSI值以及目标节点到达网关的时间TOA的方差与最大偏差进行TOA样本筛选，并得到TOA样本及其对应的M个网关；对所述TOA样本进行预处理后得到最终的TOA测量值；从所得到M个网关中选择N个网关，构成多网关Chan算法的目标函数，对N个网关按照Chan算法进行推导得出参考解和定位解；并根据定位解及参考解的残差确定目标节点坐标。根据本发明提供的技术方案，可大大减小了计算复杂度以及资源，综合考虑网络拓扑结构以及TOA测量误差(多径以及时钟偏差等)，使得在复杂环境中的定位精度大大提升。

Description

一种基于啁啾扩频实现定时定位的方法及系统

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及定时定位技术，具体涉及一种 基于啁啾扩频CSS实现定时定位的方法及系统。

背景技术

啁啾扩频(CSS，Chirp Spread Spectrum)技术即线性扩频技术，是一 种宽带线性调频(Chirp Modulation)，其他常用的扩频技术包括FHSS，DSSS， THSS。超宽带(UWB，UltraWide Band)使用啁啾扩频。其特点可归纳为： 抗干扰及抗多径能力强，功耗及延迟较低，传输距离远以及测距能力强。即 该技术能够应用于大多数复杂的环境，因此被广泛应用于无线定位系统，比 如，室内无线定位(智能车库、工业监测和控制)以及室外无线定位(室外人员以及网络设备定位，事故管理以及远程病人定位)。

业界提出了多种基于CSS技术的定时定位方案，主要集中于基于测距 的方案，可以分为：TOA、TDOA、AOA以及RSSI四类。综合考虑实现定位精 度、成本以及功耗，应用最为广泛的为TOA以及TDOA，但这些方案存在以下 问题：1)没有考虑收发两端的时钟偏差，即TOA的测量误差较大，导致最终 的定位误差较大；2)收端利用GPS进行时钟同步，增大了成本；3)未综合 考虑网络拓扑结构以及多径影响，在复杂环境下，其定位精度较低。在目前 物联网(如lora)发展迅速的前景下(其应用可覆盖上述室内外各种场景)， 如何在复杂环境中实现低成本高精度的无线定位具有重要的研究意义。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种定位方法及系统，实 现低成本高精度的无线定位。

为实现本发明的目的，本发明实施例提供一种基于啁啾扩频CSS实现定 时定位的方法，包括：

基于从不同网关接收到的接收信号强度指示RSSI值以及目标节点到达 网关的时间TOA的方差与最大偏差进行TOA样本筛选，并得到RSSI大于预定 门限且TOA样本方差以及最大偏差小于预定值的TOA样本及其对应的M个网 关；

对所述TOA样本进行预处理，排除偏差较大的TOA样本后，对剩余TOA 样本进行求平均得到最终的TOA测量值；

从所得到M个网关中选择N个网关(3≤N≤M)，构成多网关Chan算法的目 标函数，以距离目标节点最近的网关(即TOA最小)作为参考网关，计算其余 网关与参考网关间的TDOA值(TDOA_i0＝TOA_i-TOA₀)；

对所述N个网关按照Chan算法进行推导得出五个解，分别为一个参考 解和四个定位解；

在所述四个定位解中保留与参考解最接近的一个解，参与后续运算；

分别计算所述四个定位解以及参考解对应的TDOA残差；

在所述四个定位解以及参考解中选取残差最小的定位解作为最终的目标 节点坐标。

在该方法中，在进行TOA样本筛选之前，测算目标节点到达各网关的时 间TOA，具体包括如下步骤：

待定位的目标节点向指定网关发送定位请求；

该网关接收定位请求，并进行同步以及解调处理；解调完毕后，基站向 目标节点发送定位响应；

目标节点接收定位响应，并进行解调处理；

统计定位请求发送完成时刻以及定位响应解调处理完成时刻，计算TOA。

更适宜地，对TOA样本进行预处理，具体包括：

通过将所传输的业务数据按频率划分为多个子带，统计不同子带内的 TOA值，排除偏差较大的TOA样本，对剩余样本进行求平均得到最终的TOA 测量值。

优选地，该方法进一步包括：

多次更换N网关的组合，并分别记录其TDOA残差以及对应解；

选择其中TDOA残差最小一方对应的解作为最终的目标节点坐标。

另一方面，本发明实施例还提供一种基于CSS实现定时定位的系统，其 特征在于，包括：

选择单元，用于基于从不同网关接收到的接收信号强度指示RSSI值以 及目标节点到达网关的时间TOA的方差与最大偏差进行TOA样本筛选，并得 到RSSI大于预定门限且TOA样本方差以及最大偏差小于预定值的TOA样本及 其对应的M个网关；

预处理单元，用于对所述TOA样本进行预处理，排除偏差较大的TOA样 本后，对剩余TOA样本进行求平均得到最终的TOA测量值；

TDOA计算单元，用于从所得到M个网关中选择N个网关(3≤N≤M)，构成 多网关Chan算法的目标函数，以距离目标节点最近的网关(即TOA最小)作为 参考网关，计算其余网关与参考网关间的TDOA值(TDOA_i0＝TOA_i-TOA₀)；

坐标计算单元，用于对所述N个网关按照Chan算法进行推导得出五个 解，分别为一个参考解和四个定位解；在所述四个定位解中保留与参考解最 接近的一个解，参与后续运算；

TDOA残差计算单元，用于计算TDOA残差并存储；

定位坐标确定单元，用于分别计算所述四个定位解以及参考解对应的 TDOA残差；在所述四个定位解以及参考解中选取残差最小的定位解作为最终 的目标节点坐标。

该系统还包括：

TOA时间测算单元，用于在进行TOA样本筛选之前，测算目标节点到达 各网关的时间TOA；

通过待定位的目标节点与指定网关之间发送定位请求及接收定位响应； 统计定位请求发送完成时刻以及定位响应解调处理完成时刻，计算TOA。

本发明提出的技术方案，采用样本TOA筛选方案：首先通过RSSI筛除 接受信号强度较弱的网关样本，然后再通过各网关的TOA方差以及最大偏差 筛除受多径影响较大的网关样本，进一步减弱了多径影响并提升了TOA的测 量精度；

采用多网关定位算法，大大减小了计算复杂度以及资源，综合考虑网络 拓扑结构(网关布置)以及TOA测量误差(多径以及时钟偏差等)，使得在复 杂环境中的定位精度大大提升。并采用不断更换网关组合方式来寻求最优定 位解，兼顾了网关分布对定位精度的影响，从而提升了最终的定位精度(尤 其是网关非对称分布的情况下)；

本发明提出的技术方案有着较高的扩展性，可以有效覆盖多种应用场景 的定位需求。

定时方案中，利用求斜率的方法计算收发两端的时钟偏差，并进行补偿。 不需要利用GPS进行时钟同步，大大降低了成本。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在 权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面， 并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。 其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显， 所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1为实施例提供的一种基于CSS实现定时定位的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的定时原理示意图；

图3是本发明实施例中定位坐标示意图；

图4是本发明实施例提供的定位流程示意图；

图5是本发明另一实施例提供的定位流程示意图；

图6是本发明实施例提供的基于啁啾扩频实现定时定位的系统架构图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术 人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程 的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的 组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特 征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范 围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在 本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地 限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

啁啾扩频(CSS，Chirp Spread Spectrum)技术即线性扩频技术，是一 种宽带线性调频(Chirp Modulation)，其他常用的扩频技术包括FHSS，DSSS， THSS。超宽带(UWB，UltraWide Band)使用啁啾扩频。

如果发射的射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化， 则称为线性调频。因为其频率在较宽的频带内变化，信号的频带也被展宽了。 这种扩频调制方式主要用在雷达中，但在通信中也有应用。

发端有一锯齿波去调制压控振荡器，从而产生线性调频脉冲。它和扫 频信号发生器产生的信号一样。在收端，线性调频脉冲由匹配滤波器对其 进行压缩，把能量集中在一个很短的时间内输出，从而提高了信噪比，获得 了处理增益。匹配滤波器可采用色散延迟线，它是一个存储和累加器件。其 作用机理是对不同频率的延迟时间不一样。如果使脉冲前后两端的频率经不 同的延迟后一同输出，则匹配滤波器起到了脉冲压缩和能量集中的作用。

参照图1，本发明实施例提供的一种基于啁啾扩频CSS实现定时定位的 方法，包括如下步骤：

S101，基于从不同网关接收到的接收信号强度指示RSSI值以及目标节 点到达网关的时间TOA的方差与最大偏差进行TOA样本筛选，并得到RSSI 大于预定门限且TOA样本方差以及最大偏差小于预定值的TOA样本及其对应 的M个网关；

S102，对所得到的TOA样本进行预处理，排除偏差较大的TOA样本后， 对剩余TOA样本进行求平均得到最终的TOA测量值；

S103，从所得到M个网关中选择N个网关(3≤N≤M)，构成多网关Chan算 法的目标函数，以距离目标节点最近的网关(即TOA最小)作为参考网关，计 算其余网关与参考网关间的TDOA值(TDOA_i0＝TOA_i-TOA₀)；

S104，对所述N个网关按照Chan算法进行推导得出五个解，分别为一 个参考解和四个定位解；在所述四个定位解中保留与参考解最接近的一个解， 参与后续运算；

S105，分别计算所述四个定位解以及参考解对应的TDOA残差；在所述 四个定位解以及参考解中选取残差最小的定位解作为最终的目标节点坐标。

在步骤S01进行TOA样本筛选之前，需要测算目标节点到达各网关的时 间TOA，步骤如下：

S100，通过待定位的目标节点与指定网关之间发送定位请求及接收定位 响应；统计定位请求发送完成时刻以及定位响应解调处理完成时刻，计算 TOA。

待定位的目标节点向指定网关发送定位请求；

该网关接收定位请求，并进行同步以及解调处理；解调完毕后，基站向 目标节点发送定位响应；

目标节点接收定位响应，并进行解调处理；

统计定位请求发送完成时刻以及定位响应解调处理完成时刻，计算TOA。

所述对TOA样本进行预处理，具体包括：

通过将所传输的业务数据按频率划分为多个子带，统计不同子带内的 TOA值，排除偏差较大的TOA样本，对剩余样本进行求平均得到最终的TOA 测量值。

为使本发明的原理、特性和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具 体技术方案进行详细描述。

本发明的具体实施方案中，首先相应需要对待定位目标进行定时，即计 算待定位的目标节点到各网关的到达时间TOA，并计算其余网关与参考网关 间的TDOA值；然后据此测算目标节点坐标即完成定位。下文将针对这两部分 内容展开详述。

(一)定时

定时方案如图2所示，可以描述为：

1)待定位的目标节点向指定网关发送定位请求；

2)网关接收定位请求，并进行同步以及解调处理；

3)解调完毕后，基站向目标节点发送定位响应；

4)目标节点接收定位响应，并进行解调处理；

5)统计定位请求发送完成时刻以及定位响应解调处理完成时刻；

6)TOA的计算；

在步骤5)中，所述两个时刻的差值T₁＝2*TOA+T₂(T₂＝同步解调处理时间 +时钟偏差)。其中，时钟偏差指的是目标节点与网关之间的时钟偏差，其值 较小。但随着时间推移，其累计误差较大，会严重影响TOA的测量精度，从而 导致最终的定位误差较大。

本发明提出一种补偿时钟偏差的方案——理想状态下，根据CSS调制的 原理，网关本地产生的down-chirp信号与接收过来的up-chirp信号的频率之 和为一常数。但由于存在时钟偏差，则二者频率之和呈现为一个一元函数， 如y＝ax+d，该函数的斜率就是时钟偏差。通过down-chirp以及up-chirp信号 的相位(可以通过cordic或者arctan求得)可以得到信号的频率(对相位求 导)，对其和求导就可以得到时钟偏差(即斜率)。

举例说明，时钟偏差的求取过程如式(1)所示，式中arctan表示求反 正切处理，diff表示求导操作，up_ph以及dn_ph分别表示up-chirp和 down-chirp信号的相位，up_fre以及dn_fre分别表示up-chirp和down-chirp 信号的频率，slope表示时钟偏差，real()表示信号的实部，imag()表示信号 的虚部；

利用时钟偏差以及同步解调得出的时间偏移，对网关本地产生的 down-chirp信号的初始频率以及斜率进行调整，再进行后续的解调操作。同 时，要对3)步的定位响应信号也做同样的处理(即将定位响应信号的频率 斜率调整为式(1)所得slope)，这样就可保证响应信号与发射信号在时钟上 都是对齐的。因此，单个网关与目标节点之间的TOA值就可以计算出来；

7)TOA样本处理；

为了提高TOA的精度，通常会在网关与目标节点间进行多次通信，统计 一组TOA值并求其平均值，作为最终的TOA测量值。同时，统计TOA的方差以及 最大偏差(即“(各TOA样本-TOA平均值)/TOA平均值”的最大值)并记录；

8)选择不同网关，重复步骤1)-7)，即可得到不同网关对应的TOA值。

(二)定位的实现

利用定时过程中的TOA测量信息，进一步测算确定目标节点的坐标，实 现定位。

Chan算法是一种基于TDOA技术、具有解析表达式解的定位算法，在TDOA 误差服从理想高斯分布时性能良好。

当基站数为3时，该算法表现一般，当基站为4个以上，且TDOA距离差 误差较小时该算法给出了能达到CRLB(Cramor-Rao Lower Bound)的表达式解， 但也要解决有关MS的先验位置以解决解的不确定性。一般该算法的推导过程 都是基于TDOA误差较小且为零均值高斯随机变量这个前提，对于实际信道环 境中误差较大的TDOA测量值，该算法的性能将会显著下降。

在众多基于TDOA的定位算法中，Chan算法得到了广泛的应用。这主要 是因为该算法具备三大优势：①算法不需要初值；②仅进行两次迭代就可求 得最终结果；③算法的定位精度在视距环境下能够达到克拉美罗下限。可见， Chan算法是一种相当实用的方法，适合实际工程。

该算法的特点是计算量小，在噪声服从高斯分布的环境下，定位精度高。 但在非视距(NLOS)环境下，chan算法的定位精度下降。

参照图3及图4，本发明实施例中进行定位的具体步骤如下：

S201，TOA样本筛选。

通过不同网关接收到的接收信号强度指示RSSI值以及TOA的方差与最 大偏差进行TOA样本的筛选。首先通过RSSI进行样本筛选，RSSI的筛选原 则为——刨除小于指定RSSI门限的网关样本(门限值由经验所得)；然后， 在此基础上，通过TOA样本方差以及最大偏差进行筛选。TOA样本方差可以 反映TOA测量值的波动，最大偏差表示与TOA最大值与其均值间的差距，这 两个参数可以间接反映网关受多径影响的严重程度，刨除方差以及最大偏差 较大的网关TOA样本，其筛选门限由经验所得；

S202，TOA样本处理。

根据多次测量TOA求平均值的方法来减小多径时延带来的测量误差。通 过将所传输的业务数据按频率划分为多个子带，统计不同子带内的TOA值， 排除偏差较大的TOA样本，对剩余样本进行求平均得到最终的TOA测量值；

S203，网关组合选择。

选择N个网关(3≤N≤M，M为样本筛选后的网关数量)，构成多网关Chan 算法的目标函数。以距离目标节点最近的网关(即TOA最小)作为参考网关， 计算其余网关与参考网关间的TDOA值(TDOA_i0＝TOA_i-TOA₀)。

对N个网关按照Chan算法进行推导，具体包括：

第一步如式(a)所示，其中Za矩阵中的前两个数分别表示初始解的x和y 坐标；N表示网关数；gateway1、gateway2...gatewayN分别表示每个网关的x 和y坐标；Q表示TDOA的协方差矩阵，其计算方法如式(b)所示，式中δ²表 示TDOA测量方差；

第二步如式(c)所示，式中Z_a2矩阵中的前两个数分别表示参考解的x和 y坐标；

第三步如式(d)所示；

第四步如式(e)所示，最终的定位解是在Pos1、Pos2、Pos3以及Pos4 中寻找与Pos_ref最接近的解。

Q＝(eye(N-1)+ones(N-1))·δ² 式(b)

Z_a2＝(Ga^T·Fa^-1·Ga)^-1

Z_b2＝(Gb^T·Fb^-1·Gb)^-1·Gb^T·Fb^-1·hb

Gb＝[1 0；0 1；1 1]

F_b＝4·B_bZ_acovB_b

Z_a2＝(Ga^T·Fa^-1·Ga)^-1

Pos_ref＝Z_a2(1:2)

N网关Chan算法会得出5个解，分别为1个参考解和4个定位解；

其中，式(e)中的Pos_ref表示参考解，Pos1、Pos2、Pos3以及Pos4 分别表示4个定位解。然后，计算四个定位解与参考解之间的相对距离，如 式(2)所示。由于这些解都是一个二维向量，两个维度分别代表x坐标和y 坐标。因此，式(2)中用(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)分别表示Pos1、 Pos2、Pos3以及Pos4，(x，y)表示Pos_ref，r1、r2、r3、r4分别表示4个 定位解与参考解之间的相对距离：

S204，解选择。

在四个定位解中保留与参考解最接近的一个解，参与后续运算，即参与 误差准则判断，计算出对应的TDOA残差。将这个解称为保留定位解。

比较r1，r2，r3及r4的大小，寻找其中的最小值。

若最小值为r1，则保留定位解为A＝[x1y1]；若最小值为r2，则保留定 位解为B＝[x2y2]；若最小值为r3，则保留定位解为C＝[x3y3]；若最小值为 r4，则保留定位解为D＝[x4y4]。

S205，误差准则判断。

分别计算保留定位解(即步骤S204中从四个定位解中选出的距离参考 解最近的那个解)以及参考解对应的TDOA残差；

通过下式(3)计算定位解以及参考解对应的TDOA残差：

式(3)中x_est以及y_est分别表示定位解，x_i以及y_i分别表示各个网关的坐标， x₀以及y₀分别表示参考网关的坐标，c表示电磁波传播速度，TDOA_i0表示其 余网关与参考网关间的TDOA值，TDOA_{i_res}表示TDOA残差。

S206，在步骤S205中保留的定位解以及参考解中选取残差最小的一方 作为最终的目标节点坐标。

为寻求最优定位解，兼顾了网关分布对定位精度的影响，从而提升了最 终的定位精度。图5图所示，当N<M时，本方案也可以扩展多次更换N网关 的组合，并分别记录其TDOA、残差以及对应解。选择其中TDOA残差最小一 方对应的解作为最终的目标节点坐标。

如图6所示，本发明实施例还提供一种基于啁啾扩频CSS实现定时定位 的系统300，该系统适用于N<M时，包括：

选择单元320，用于基于从不同网关接收到的接收信号强度指示RSSI值 以及目标节点到达网关的时间TOA的方差与最大偏差进行TOA样本筛选，并 得到RSSI大于预定门限且TOA样本方差以及最大偏差小于预定值的TOA样本 及其对应的M个网关；

预处理单元330，用于对所述TOA样本进行预处理，排除偏差较大的TOA 样本后，对剩余TOA样本进行求平均得到最终的TOA测量值；

TDOA计算单元340，用于从所得到M个网关中选择N个网关(3≤N≤M)， 构成多网关Chan算法的目标函数，以距离目标节点最近的网关(即TOA最小) 作为参考网关，计算其余网关与参考网关间的TDOA值(TDOA_i0＝TOA_i-TOA₀)；

坐标计算单元350，用于对所述N个网关按照Chan算法进行推导得出五 个解，分别为一个参考解和四个定位解；在所述四个定位解中保留与参考解 最接近的一个解，参与后续运算；

TDOA残差计算单元360，用于计算TDOA残差并存储下来，同时将坐 标计算单元350模块保留的解也存储下来。计算TDOA残差的公式和上述保 持一致；

定位坐标确定单元370，在TDOA残差计算单元360中存储的结果中， 选择TDOA残差最小对应的解作为最终的目标节点坐标。

该系统300还包括一个组合更换单元380(可选)，更换N网关的组合， 并重复进行TDOA计算单元340、坐标计算单元350以及TDOA残差计算单 元360的处理过程。组合更换次数可以通过软件进行设置。

该实现定时定位的系统，还包括：

TOA时间测算单元310，用于在进行TOA样本筛选之前，测算目标节点 到达各网关的时间TOA；

通过待定位的目标节点与指定网关之间发送定位请求及接收定位响应； 统计定位请求发送完成时刻以及定位响应解调处理完成时刻，计算TOA。

与现有技术中的方案相比，本发明具有以下的优点：

本发明在定时方案中提出一种“利用求斜率计算收发两端的时钟偏差” 的方案，可以有效减小收发端时钟偏差对TOA测量精度的影响。取代了以 往利用GPS进行时钟同步的方案，大大降低了成本。

本发明提出的技术方案，采用样本TOA筛选方案：首先通过RSSI筛除 接受信号强度较弱的网关样本，然后再通过各网关的TOA方差以及最大偏差 筛除受多径影响较大的网关样本，进一步减弱了多径影响并提升了TOA的测 量精度；

采用多网关定位算法，大大减小了计算复杂度以及资源，综合考虑网络 拓扑结构(网关布置)以及TOA测量误差(多径以及时钟偏差等)，使得在复 杂环境中的定位精度大大提升。并采用不断更换网关组合方式来寻求最优定 位解，兼顾了网关分布对定位精度的影响，从而提升了最终的定位精度(尤 其是网关非对称分布的情况下)。

本发明提出的技术方案有着较高的扩展性，可以有效覆盖多种应用场景 的定位需求。

本发明提供的定时方案中，利用求斜率的方法计算收发两端的时钟偏差， 并进行补偿。不需要利用GPS进行时钟同步，大大降低了成本。

本领域技术人员可以明白，这里结合所公开的实施例描述的各种示例性 的方法步骤和装置单元均可以电子硬件、软件或二者的结合来实现。为了清 楚地示出硬件和软件之间的可交换性，以上对各种示例性的步骤和单元均以 其功能性的形式进行总体上的描述。这种功能性是以硬件实现还是以软件实 现依赖于特定的应用和整个系统所实现的设计约束。本领域技术人员能够针 对每个特定的应用，以多种方式来实现所描述的功能性，但是这种实现的结 果不应解释为背离本发明的范围。

根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本 发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并 且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于 其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限 制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于啁啾扩频实现定时定位的方法，其特征在于，包括：

基于从不同网关接收到的接收信号强度指示RSSI值以及目标节点到达网关的时间TOA的方差与最大偏差进行TOA样本筛选，并得到RSSI大于预定门限且TOA样本方差以及最大偏差小于预定值的TOA样本及其对应的M个网关；

对所述TOA样本进行预处理，排除偏差较大的TOA样本后，对剩余TOA样本进行求平均得到最终的TOA测量值；

从所得到M个网关中选择N个网关(3≤N≤M)，构成多网关Chan算法的目标函数，以距离目标节点最近的网关(即TOA最小)作为参考网关，计算其余网关与参考网关间的TDOA值(TDOA_i0＝TOA_i-TOA₀)；

对所述N个网关按照Chan算法进行推导得出五个解，分别为一个参考解和四个定位解；

在所述四个定位解中保留与参考解最接近的一个解，参与后续运算；

分别计算所述四个定位解以及参考解对应的TDOA残差；

在所述四个定位解以及参考解中选取残差最小的定位解作为最终的目标节点坐标。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行TOA样本筛选之前，测算目标节点到达各网关的时间TOA，具体包括如下步骤：

待定位的目标节点向指定网关发送定位请求；

该网关接收定位请求，并进行同步以及解调处理；解调完毕后，基站向目标节点发送定位响应；

目标节点接收定位响应，并进行解调处理；

统计定位请求发送完成时刻以及定位响应解调处理完成时刻，计算TOA。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对TOA样本进行预处理，具体包括：

通过将所传输的业务数据按频率划分为多个子带，统计不同子带内的TOA值，排除偏差较大的TOA样本，对剩余样本进行求平均得到最终的TOA测量值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对N个网关按照Chan算法进行推导，具体包括：

第一步如式(a)所示，其中Za矩阵中的前两个数分别表示初始解的x和y坐标；N表示网关数；gateway1、gateway2...gatewayN分别表示每个网关的x和y坐标；Q表示TDOA的协方差矩阵，其计算方法如式(b)所示，式中δ²表示TDOA测量方差；

第二步如式(c)所示，式中Z_a2矩阵中的前两个数分别表示参考解的x和y坐标；

第三步如式(d)所示；

第四步如式(e)所示，最终的定位解是在Pos1、Pos2、Pos3以及Pos4中寻找与Pos_ref最接近的解。

Q＝(eye(N-1)+ones(N-1))·δ² 式(b)

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述分别计算所述四个定位解以及参考解是按照下式进行计算：

式中x_est以及y_est分别表示定位解，x_i以及y_i分别表示各个网关的坐标，c表示电磁波传播速度，TOA_i表示各网关的TOA值，TOA_{i_res}表示TOA残差；

所述计算定位解以及参考解对应的TDOA残差，是通过下式进行TDOA残差计算：

式中x_est以及y_est分别表示定位解，x_i以及y_i分别表示各个网关的坐标，x₀以及y₀分别表示参考网关的坐标，c表示电磁波传播速度，TDOA_i0表示其余网关与参考网关间的TDOA值，TDOA_{i_res}表示TDOA残差。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

多次更换N网关的组合，并分别记录其TDOA残差以及对应解；

选择其中TDOA残差最小一方对应的解作为最终的目标节点坐标。

7.一种基于啁啾扩频实现定时定位的系统，其特征在于，包括：

选择单元，用于基于从不同网关接收到的接收信号强度指示RSSI值以及目标节点到达网关的时间TOA的方差与最大偏差进行TOA样本筛选，并得到RSSI大于预定门限且TOA样本方差以及最大偏差小于预定值的TOA样本及其对应的M个网关；

预处理单元，用于对所述TOA样本进行预处理，排除偏差较大的TOA样本后，对剩余TOA样本进行求平均得到最终的TOA测量值；

TDOA计算单元，用于从所得到M个网关中选择N个网关(3≤N≤M)，构成多网关Chan算法的目标函数，以距离目标节点最近的网关(即TOA最小)作为参考网关，计算其余网关与参考网关间的TDOA值(TDOA_i0＝TOA_i-TOA₀)；

坐标计算单元，用于对所述N个网关按照Chan算法进行推导得出五个解，分别为一个参考解和四个定位解；在所述四个定位解中保留与参考解最接近的一个解，参与后续运算；

TDOA残差计算单元，用于计算TDOA残差并存储；

定位坐标确定单元，用于分别计算所述四个定位解以及参考解对应的TDOA残差；在所述四个定位解以及参考解中选取残差最小的定位解作为最终的目标节点坐标。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：

TOA时间测算单元，用于在进行TOA样本筛选之前，测算目标节点到达各网关的时间TOA；

通过待定位的目标节点与指定网关之间发送定位请求及接收定位响应；统计定位请求发送完成时刻以及定位响应解调处理完成时刻，计算TOA。

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