CN107257579B - 一种uwb高精度定位系统的时间同步方法 - Google Patents

一种uwb高精度定位系统的时间同步方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107257579B
CN107257579B CN201710559889.0A CN201710559889A CN107257579B CN 107257579 B CN107257579 B CN 107257579B CN 201710559889 A CN201710559889 A CN 201710559889A CN 107257579 B CN107257579 B CN 107257579B
Authority
CN
China
Prior art keywords
base station
positioning base
synchronization
delta
label
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710559889.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107257579A (zh
Inventor
胡江
卓长安
孙宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Pingping Technology Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Pingping Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Pingping Technology Co Ltd filed Critical Hangzhou Pingping Technology Co Ltd
Priority to CN201710559889.0A priority Critical patent/CN107257579B/zh
Publication of CN107257579A publication Critical patent/CN107257579A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107257579B publication Critical patent/CN107257579B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/001—Synchronization between nodes
    • H04W56/0015—Synchronization between nodes one node acting as a reference for the others
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H04J3/0658—Clock or time synchronisation among packet nodes
    • H04J3/0661—Clock or time synchronisation among packet nodes using timestamps
    • H04J3/0664—Clock or time synchronisation among packet nodes using timestamps unidirectional timestamps
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/004—Synchronisation arrangements compensating for timing error of reception due to propagation delay
    • H04W56/005—Synchronisation arrangements compensating for timing error of reception due to propagation delay compensating for timing error by adjustment in the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Abstract

一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，所述UWB高精度定位系统包括主定位基站、多个普通定位基站、以及定位标签心跳，普通定位基站的时间同步方法的具体步骤如下：普通定位基站接收主定位基站发送的同步帧信号，主定位基站和普通定位基站接收定位标签心跳的标签心跳帧信号；普通定位基站根据接收到的信号判断是同步帧信号还是标签心跳帧信号，如是同步帧信号，则进入PIC同步计算单元进行计算，如是标签心跳帧信号则进入时钟补偿单元计算。本发明的有益效果是：可以很好解决时间同步问题并可对误差大的数据自动修正。

Description

一种UWB高精度定位系统的时间同步方法
技术领域
本发明涉及一种UWB高精度定位系统的时间同步方法。
背景技术
UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。有人称它为无线电领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。总的来说，UWB在早期被用来应用在近距离高速数据传输，近年来国外开始利用其亚纳秒级超窄脉冲来做近距离精确室内定位。UWB高精度定位系统的时间同步的优良是决定定位精度、定位目标的容量及系统稳定性的重要条件。
现有技术的标签定位系统中，由于每个基站Anchor有自己的时钟源，存在频率差，这些频率差不固定，且随各处温度变化。为了实现基站时间同步，采用有线的到达时间差TDOA的时间同步方法，即系统中每个基站anchor之间的距离已知，采用频率产生器产生时钟频率，通过有线发送到系统中的anchor，作为anchor的时钟源，从而实现基站的时间同步，该方法中，由于采用有线传输频率，增加硬件设备成本。
另外，还有现有技术中采用无线时间同步方法，系统中每个定位基站anchor之间的距离已知，用来计算信号飞行时间。该同步方法为：在系统的所有定位基站anchor中定义一个主定位基站master anchor，其余为从定位基站slave anchor，Master anchor周期性的发送同步信号，比如150ms，500ms等；master anchor记录发出的时间，slave anchor收到的master anchor发出的同步信息后记录收到的时间，slave anchor收到的时间减去master anchor发出的时间，再减去信号的飞行时间即这两者之间的时间偏差，这样就可以实现时间同步了，这个时间偏差由上位机记录。然而，这种方法中，master anchor周期性的发送数据，相对来说减少了anchor接收时间，进而降低了接收的卡容量。
发明内容
本发明提出了一种可以很好解决时间同步问题并可对误差大的数据自动修正的UWB高精度定位系统的时间同步方法。
本发明采用的技术方案是：
一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，所述UWB高精度定位系统包括主定位基站、多个普通定位基站、以及定位标签心跳，普通定位基站的时间同步方法的具体步骤如下：
普通定位基站接收主定位基站发送的同步帧信号，主定位基站和普通定位基站接收定位标签心跳的标签心跳帧信号；
普通定位基站根据接收到的信号判断是同步帧信号还是标签心跳帧信号，如是同步帧信号，则进入PIC同步计算单元进行计算，如是标签心跳帧信号则进入时钟补偿单元计算。
进一步，PIC同步计算单元的同步计算公式为：
Figure BDA0001346796760000021
其中，y(n)为经算法修正后的普通定位基站同步包时间戳序列，x(n)为某个普通定位基站收到同步包的时间戳序列，t(n)为主定位基站发送同步的时间戳序列，Kp为比例调节系数，Ki为积分调节系数，e(j)为误差。
进一步，PIC同步计算单元首次执行时参数进行初始化，包括：
将普通定位基站接收到的时间戳Rx赋予给x(n)；
将x(n)赋予给y(n)；
将主定位基站发出的时间戳Tx赋予给t(n)；
将e(j)赋予给0。
进一步，PIC同步计算单元计算后进行同步有效性校验，其具体步骤包括：
定义一计算临时变量delta_temp＝y(n)-t(n)，保存前一次计算值的临时变量last_delta_temp＝delta_temp；
主定位基站和普通定位基站之间的存在的时钟差delta_diff＝delta_temp-last_delta_temp；
在每次的时钟差delta_diff进行时间窗口校准时，将时钟差delta_diff缓存在缓存器中，当缓存器中的个数达到预设个数阈值N时，计算N个delta_diff的算术平均值mean；
将平均值mean与当前次同步计算后的delta_diff的差值绝对值与预设差值阈值比较，如在预设差值阈值范围内，则本次同步有效，并将PIC同步参数更新，如不在预设差值阈值范围内，则本次同步无效丢弃本次同步参数更新，PIC同步参数恢复为上一次正确的同步参数值。
进一步，delta_diff采用了0.15s间隔内的标准偏差来进行比较，公式如下：delta_diff＝0.15*delta_diff*(t(n)-t(n-1))。
进一步，缓存器中的delta_diff个数不满足预设个数阈值N时，不进行同步有效性校验。
进一步，预设个数阈值N为50，预设差值阈值为4ns。
进一步，时钟补偿单元的同步计算公式如下：
其中b(n)为经过算法同步后定位标签心跳包时间戳序列，r(n)为某个普通定位基站收到定位标签心跳包的时间戳序列。
本发明的有益效果是：可以很好解决时间同步问题并可对误差大的数据自动修正。
附图说明
图1是本发明的UWB高精度定位系统结构示意图。
图2是本发明的同步计算流程图。
图3是本发明的同步有效性校验流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参见图1-3，一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，所述UWB高精度定位系统包括主定位基站、多个普通定位基站、以及定位标签心跳Tag Blink，普通定位基站的时间同步方法的具体步骤如下：
普通定位基站接收主定位基站发送的同步帧信号，主定位基站和普通定位基站接收定位标签心跳的标签心跳帧信号；
普通定位基站根据接收到的信号判断是同步帧信号还是标签心跳帧信号，如是同步帧信号，则进入PIC同步计算单元进行计算，如是标签心跳帧信号则进入时钟补偿单元进行计算。
本实施例PIC同步计算单元的同步计算公式为：
Figure BDA0001346796760000041
其中，y(n)为经算法修正后的普通定位基站同步包时间戳序列，x(n)为某个普通定位基站收到同步包的时间戳序列，t(n)为主定位基站发送同步的时间戳序列，Kp为比例调节系数，Ki为积分调节系数，e(j)为误差。
本实施例PIC同步计算单元首次执行时参数进行初始化，包括：
将普通定位基站接收到的时间戳Rx赋予给x(n)；
将x(n)赋予给y(n)；
将主定位基站发出的时间戳Tx赋予给t(n)；
将e(j)赋予给0。
本实施例PIC同步计算单元计算后进行同步有效性校验，其具体步骤包括：
定义一计算临时变量delta_temp＝y(n)-t(n)，保存前一次计算值的临时变量last_delta_temp＝delta_temp；
主定位基站和普通定位基站之间的存在的时钟差delta_diff＝delta_temp-last_delta_temp；
delta_diff采用了0.15s间隔内的标准偏差来进行比较，公式如下：delta_diff＝0.15*delta_diff*(t(n)-t(n-1))；
在每次的时钟差delta_diff进行时间窗口校准时，将时钟差delta_diff缓存在缓存器中，当缓存器中的个数达到预设个数阈值N＝50时，计算N个delta_diff的算术平均值mean；
将平均值mean与当前次同步计算后的delta_diff的差值绝对值与预设差值阈值4ns比较，如在预设差值阈值4ns范围内，则本次同步有效，并将PIC同步参数更新，如不在预设差值阈值4ns范围内，则本次同步无效丢弃本次同步参数更新，PIC同步参数恢复为上一次正确的同步参数值。
本实施例的缓存器中的delta_diff个数不满足预设个数阈值N时，不进行同步有效性校验。
对于已经同步过的PIC参数，在得到Tag Blink时间戳r(n)时，就可以通过时钟补偿单元的同步计算公式将其转换到主定位基站的时间域上的时间。时钟补偿单元的同步计算公式如下：
Figure BDA0001346796760000061
其中b(n)为经过算法同步后定位标签心跳包时间戳序列，r(n)为某个普通定位基站收到定位标签心跳包的时间戳序列。
本实施例PIC的主要思想在于对于主定位基站发送同步帧，普通定位基站接收同步帧的无线同步系统的来说，PIC同步算法中需要对几个参数在每次同步发生的过程中进行更新，这些更新过后参数用于同步校验。但是单纯的PIC同步算法虽然能够缩小同步的抖动的偏差，但是由于同步时间戳上的抖动会在一段时间内影响后续的时间戳校准。因此，在检测到同步时间戳上有跳动的时候，必须抛弃掉本次同步。

Claims (6)

1.一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，所述UWB高精度定位系统包括主定位基站、多个普通定位基站、以及定位标签心跳，普通定位基站的时间同步方法的具体步骤如下：
普通定位基站接收主定位基站发送的同步帧信号，主定位基站和普通定位基站接收定位标签心跳的标签心跳帧信号；
普通定位基站根据接收到的信号判断是同步帧信号还是标签心跳帧信号，如是同步帧信号，则进入PIC同步计算单元进行计算，如是标签心跳帧信号则进入时钟补偿单元计算；
其中，PIC同步计算单元的同步计算公式为：
Figure FDA0002319379120000011
其中，y(n)为经算法修正后的普通定位基站同步包时间戳序列，x(n)为某个普通定位基站收到同步包的时间戳序列，t(n)为主定位基站发送同步的时间戳序列，Kp为比例调节系数，Ki为积分调节系数，e(j)为误差；
时钟补偿单元的同步计算公式如下：
Figure FDA0002319379120000012
其中b(n)为经过算法同步后定位标签心跳包时间戳序列，r(n)为某个普通定位基站收到定位标签心跳包的时间戳序列。
2.根据权利要求1所述的一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，其特征在于：PIC同步计算单元首次执行时参数进行初始化，包括：
将普通定位基站接收到的时间戳Rx赋予给x(n)；
将x(n)赋予给y(n)；
将主定位基站发出的时间戳Tx赋予给t(n)；
将e(j)赋予给0。
3.根据权利要求1所述的一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，其特征在于：PIC同步计算单元计算后进行同步有效性校验，其具体步骤包括：
定义一计算临时变量delta_temp＝y(n)-t(n)，保存前一次计算值的临时变量last_delta_temp＝delta_temp；
主定位基站和普通定位基站之间的存在的时钟差delta_diff＝delta_temp-last_delta_temp；
在每次的时钟差delta_diff进行时间窗口校准时，将时钟差delta_diff缓存在缓存器中，当缓存器中的个数达到预设个数阈值N时，计算N个delta_diff的算术平均值mean；
将平均值mean与当前次同步计算后的delta_diff的差值绝对值与预设差值阈值比较，如在预设差值阈值范围内，则本次同步有效，并将PIC同步参数更新，如不在预设差值阈值范围内，则本次同步无效丢弃本次同步参数更新，PIC同步参数恢复为上一次正确的同步参数值。
4.根据权利要求3所述的一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，其特征在于：delta_diff采用了0.15s间隔内的标准偏差来进行比较，公式如下：delta_diff＝0.15*delta_diff*(t(n)-t(n-1))。
5.根据权利要求3所述的一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，其特征在于：缓存器中的delta_diff个数不满足预设个数阈值N时，不进行同步有效性校验。
6.根据权利要求3所述的一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，其特征在于：预设个数阈值N为50，预设差值阈值为4ns。
CN201710559889.0A 2017-07-11 2017-07-11 一种uwb高精度定位系统的时间同步方法 Active CN107257579B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710559889.0A CN107257579B (zh) 2017-07-11 2017-07-11 一种uwb高精度定位系统的时间同步方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710559889.0A CN107257579B (zh) 2017-07-11 2017-07-11 一种uwb高精度定位系统的时间同步方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107257579A CN107257579A (zh) 2017-10-17
CN107257579B true CN107257579B (zh) 2020-02-28

Family

ID=60025532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710559889.0A Active CN107257579B (zh) 2017-07-11 2017-07-11 一种uwb高精度定位系统的时间同步方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107257579B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108616977B (zh) * 2018-06-21 2020-06-16 同济大学 一种基于最小二乘平差的uwb多点时延校正方法
CN110191506B (zh) * 2018-12-06 2022-02-22 杭州微萤科技有限公司 一种单区域定位基站与定位终端的同步方法
CN110099440B (zh) * 2019-05-16 2021-06-22 成都精位科技有限公司 定位延时校准方法及装置
CN110662287A (zh) * 2019-08-23 2020-01-07 上海孟伯智能物联网科技有限公司 在超宽带定位中实现无线时钟同步与信息汇聚的方法
CN112969231A (zh) 2019-12-12 2021-06-15 中磊电子（苏州）有限公司 超宽带定位系统、基站、标签及其操作方法
CN113079562B (zh) * 2020-01-06 2022-06-03 广东博智林机器人有限公司 基站间时间同步方法、时间同步装置及电子设备
CN111800164B (zh) * 2020-07-02 2022-03-08 成都精位科技有限公司 Uwb解码方法、装置、接收机和uwb定位系统
CN112255589B (zh) 2020-09-18 2024-01-26 中磊电子（苏州）有限公司 定位标签操作方法与定位系统操作方法
CN112312537B (zh) * 2020-10-14 2022-04-08 珠海格力电器股份有限公司 时钟的同步方法和装置、存储介质、电子装置
CN112634594A (zh) * 2020-12-22 2021-04-09 杭州品铂科技有限公司 一种基于uwb技术的人员社交靠近提醒方法及系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101227246A (zh) * 2008-01-28 2008-07-23 中兴通讯股份有限公司 一种主从时钟同步的方法及装置
US8311172B2 (en) * 2006-07-17 2012-11-13 Infineon Technologies Ag Synchronizing high data-rate radio transceivers
CN103118414A (zh) * 2013-03-07 2013-05-22 北京科技大学 一种适用于超宽带的无线接入控制与时隙分配方法
CN105682221A (zh) * 2016-02-17 2016-06-15 郑州联睿电子科技有限公司 基于超宽带的被动式定位系统及定位方法
CN105897330A (zh) * 2016-04-01 2016-08-24 严炜 一种用于uwb高精度定位系统的信号同步方法
CN106028438A (zh) * 2016-05-18 2016-10-12 北京永安信通科技有限公司 基站时间同步算法的方法、装置和系统
CN106199511A (zh) * 2016-06-23 2016-12-07 郑州联睿电子科技有限公司 基于超宽带定位的vr定位追踪系统及其定位追踪方法
CN106879067A (zh) * 2017-01-17 2017-06-20 广州土圭垚信息科技有限公司 一种基于双差分双工的超宽带无线定位方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8311172B2 (en) * 2006-07-17 2012-11-13 Infineon Technologies Ag Synchronizing high data-rate radio transceivers
CN101227246A (zh) * 2008-01-28 2008-07-23 中兴通讯股份有限公司 一种主从时钟同步的方法及装置
CN103118414A (zh) * 2013-03-07 2013-05-22 北京科技大学 一种适用于超宽带的无线接入控制与时隙分配方法
CN105682221A (zh) * 2016-02-17 2016-06-15 郑州联睿电子科技有限公司 基于超宽带的被动式定位系统及定位方法
CN105897330A (zh) * 2016-04-01 2016-08-24 严炜 一种用于uwb高精度定位系统的信号同步方法
CN106028438A (zh) * 2016-05-18 2016-10-12 北京永安信通科技有限公司 基站时间同步算法的方法、装置和系统
CN106199511A (zh) * 2016-06-23 2016-12-07 郑州联睿电子科技有限公司 基于超宽带定位的vr定位追踪系统及其定位追踪方法
CN106879067A (zh) * 2017-01-17 2017-06-20 广州土圭垚信息科技有限公司 一种基于双差分双工的超宽带无线定位方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种简单UWB定位系统方案的FPGA设计;朱华;《万方数据》;20090602;第2-4节，图1-3 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107257579A (zh) 2017-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107257579B (zh) 一种uwb高精度定位系统的时间同步方法
EP2952046B1 (en) Frequency offset compensation for wifi ranging
US10863469B2 (en) System and method for accurate timestamping of virtual reality controller data
KR101749202B1 (ko) 타임스탬프를 생성하는 방법, 장치, 그리고 시스템
CN102783078B (zh) 通过用于通信系统的通信层和子层之间的交互来进行精确时钟同步的方法和系统
US8700805B2 (en) Method for synchronizing clocks in a communication network
CN102231907B (zh) 传输系统中的时钟同步方法和装置
US11965971B2 (en) Systems for timestamping events on edge devices
US11259144B2 (en) Media access control (MAC) frame structure and data communication method in a real-time localization system
US20180287688A1 (en) Communication system, time synchronization method, and radio relay device
CN104836630A (zh) Ieee1588时钟同步系统及其实现方法
US10440598B2 (en) Methods and apparatus for clock drift mitigation with snoop-based ranging
US20200252151A1 (en) Timing method for mobile network, device, and readable storage medium
WO2016177090A1 (zh) 时钟同步方法及装置
CN103001758A (zh) 用于在通信网络里传输同步信息的方法
KR101260570B1 (ko) 실시간 위치추적시스템에서의 시각 동기화 장치 및 그 방법
CN102638339B (zh) 一种用于实现精确时间同步的方法和装置
US8369308B2 (en) Remote I/O system and synchronization method in the same
CN107483136A (zh) 一种固定通信设备间的时钟同步方法
CN111107623A (zh) 一种系统时钟同步方法
WO2012075921A1 (zh) 实现时间同步的方法及基站
US20140307728A1 (en) Transmitter, transmission method, and non-transitory computer-readable medium storing program
KR102093223B1 (ko) 전력 제어 시스템의 시간 동기화 장치 및 그 방법
CN110099438A (zh) 一种时间测量方法以及测量装置
US20240040526A1 (en) Time of Arrival Method for UE Positioning in Distributed RAN System Architecture

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A time synchronization method for UWB high precision positioning system

Effective date of registration: 20211119

Granted publication date: 20200228

Pledgee: Bank of Hangzhou Limited by Share Ltd. science and Technology Branch

Pledgor: HANGZHOU PINPOINT TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2021980012631

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right