CN109597027A - 一种基于单基站的定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于单基站的定位系统及方法，该系统包括基站和标签，基站包括定位模块和阵列天线，定位模块和阵列天线连接，其中：标签用于收发无线信号，实现与基站的信息交互；阵列天线用于根据测距测相算法获取标签到阵列天线的测量距离和信号相位，其中阵列天线的数量大于等于三，阵列天线的位置不共线，相邻阵列天线之间的间距为预设值；定位模块用于基于给定误差准则，根据信号相位获取标签相对于基站的角度信息，并根据角度信息和测量距离获取标签相对于基站的位置。本发明实施例提供的基于单基站的定位系统及方法，只使用单个基站，配合多天线即可实现定位，降低了系统的规模和系统成本，提高了定位精度、定位速率和系统稳定性。

Description

一种基于单基站的定位系统及方法

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种基于单基站的定位系统及方法。

背景技术

随着万物互联时代的到来，基于位置感知的应用愈来愈受到人们的关注，高精度的位置信息给人们带来越来越多的便利。全球定位系统(GPS)在室外环境下具有覆盖范围广的特点，但定位精度一般在米及以上，无法满足高精度定位的需求，同时卫星信号易受到楼宇、树木等遮挡物及城市多径环境的影响，导致定位精度急剧下降甚至无法定位。

目前定位技术发展迅速，实际中定位系统仍有着较为广阔的发展空间。例如，一般定位系统具有系统复杂度高、部署成本高、鲁棒性弱等缺点。现阶段的定位系统多利用基于到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)的定位方法，这些方法要求基站数量为3个以上，并且对于拓扑的形状和位置的设定有较高的要求，当基站距离接近时无法满足高精度定位的全覆盖，同时，基于TDOA的定位方法对于基站时钟同步要求较高，这些都导致了定位成本的上升和定位精度的下降。基于信号到达相位差的技术可以获得稳定的角度信息，这使得传统的定位方式被打破。但目前基于相位差分求解信号到达角度仍存在许多不足，如严格要求天线间距小于信号半波长、天线位置要求相对整齐、测角不能实现三维全覆盖、定位精度低、硬件系统复杂度高等。

发明内容

本发明实施例为克服上述技术缺陷，提供一种基于单基站的定位系统及方法。

第一方面，本发明实施例提供一种基于单基站的定位系统，包括基站和标签，所述基站包括定位模块和阵列天线，所述定位模块和所述阵列天线连接，其中：

所述标签用于收发无线信号，实现与所述基站的信息交互；

所述阵列天线用于根据测距测相算法获取所述标签到所述阵列天线的测量距离和信号相位，其中所述阵列天线的数量大于等于三，所述阵列天线的位置不共线，相邻阵列天线之间的间距为预设值；

所述定位模块用于基于给定误差准则，根据所述信号相位获取所述标签相对于所述基站的角度信息，并根据所述角度信息和所述测量距离获取所述标签相对于所述基站的位置。

第二方面，本发明实施例提供一种基于单基站的定位系统的方法，包括：

根据测距测相算法获取标签到阵列天线的测量距离和信号相位；

基于给定误差准则，根据所述信号相位获取所述标签相对于基站的角度信息；

根据所述角度信息和所述测量距离获取所述标签相对于所述基站的位置。

本发明实施例提供的基于单基站的定位系统及方法，只使用单个基站，配合多天线即可实现定位，极大地降低了系统的规模和系统成本，解决了现有技术中定位精度低、系统复杂度高的缺陷，提高了定位精度、定位速率和系统稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于单基站的定位系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的标签和基站收发信号的时域示意图；

图3为本发明实施例提供的基于单基站定位方法的位置解算示意图；

图4为本发明又一实施例提供的基于单基站定位方法的位置解算示意图；

图5为本发明实施例提供的一种基于单基站的定位系统的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

图1为本发明实施例提供的一种基于单基站的定位系统的结构示意图，如图1所示，包括基站11和标签12，所述基站11包括定位模块101和阵列天线102，所述定位模块101和所述阵列天线102连接，其中：

所述标签12用于收发无线信号，实现与所述基站11的信息交互；

所述阵列天线102用于根据测距测相算法获取所述标签12到所述阵列天线102的测量距离和信号相位，其中所述阵列天线102的数量大于等于三，所述阵列天线102的位置不共线，相邻阵列天线之间的间距为预设值；

所述定位模块101用于基于给定误差准则，根据所述信号相位获取所述标签12相对于所述基站11的角度信息，并根据所述角度信息和所述测量距离获取所述标签12相对于所述基站11的位置。

本发明实施例提供的基于单基站的定位系统，具体由定位模块101、阵列天线102和标签12组成，定位模块101和阵列天线102之间由配套硬件电路连接，其中，定位模块101可以是任意射频定位模块，如蓝牙、Zigbee、超宽带等。阵列天线102数量不定，满足天线的数量大于等于三根即可，可实现高精度二维定位和高精度三维定位。天线处于不共线的位置，阵列天线102的排列形状是任意的，可以在同一平面内围成任意多边形，也可以在三维空间内围成任意多面体。阵列天线102的间距也是任意的，相邻阵列天线102之间的间距为预设值，预设值的大小可以根据实际情况设定，此处不做具体限定。阵列天线102与定位模块101间的距离是任意的，可以通过任意形状的天线连接线相连，因此阵列天线102和定位模块101可以在同一位置，也可以在不同位置。在阵列天线102的排列形状固定后，阵列天线102的三维姿态是任意的，如水平放置、垂直放置、倒立放置和倾斜放置等。同样，基站11的安装姿态也是任意的。灵活的天线数量和系统安装方式，能够满足不同应用场景需要。

基站11配有电源接口和其它硬件支持电路，标签12配有电源和其他硬件支持电路。标签12和基站11具有收发无线信号的功能，由标签12发起测距请求，通过标签12与基站11的消息交互，基站11能够解算标签12与基站11间的距离和相对角度，完成实时定位，其中收发消息总数只需要三次。图2为本发明实施例提供的标签和基站收发信号的时域示意图，如图2所示，以四根阵列天线102为例，四根阵列天线102分别称为A天线、B天线、C天线和D天线，系统的工作流程是先由标签12发送起始帧，再由基站11的任一根阵列天线102发送返回帧，最后标签12发送终止帧，总共收发三条消息。如图2所示，标签12记录起始帧的发送时间t₁，基站11的A天线记录起始帧到达时刻t₂和到达相位φ₁，基站的B、C和D天线只记录起始帧到达相位φ₂、φ₃和φ₄，然后基站11的A天线广播返回帧，并记录发送时刻t₃，标签12记录返回帧接收时刻t₄，最后标签12广播终止帧并记录发送时刻t₅，基站11的A天线记录终止帧到达时刻t₆，利用以上时间戳，可以基于TOF测距准则得到距离测量。将信号飞行时间乘以光速，即可得到标签12到基站天线的距离，至此获得了信号相位和测量距离。

最少使用三个天线，方向角度测量的克拉美罗下界成为常数，即与信号到达角度无关，可以实现全方位测角。图3为本发明实施例提供的基于单基站定位方法的位置解算示意图，如图3所示，三根阵列天线A、B和C置于XOY平面上，U为标签12的位置，标签12相对于基站11的方位角为θ，设坐标原点处的相位参考值为则相对于坐标原点，可以表示出天线A、B和C接收到的信号相位值。

由于三组天线接收信号的相位相互独立，因此它们的费舍尔信息可以直接相加，因此可以计算出单基站三天线测角的方差的克拉美罗下界。当天线位置对称时，克拉美罗界为一常数，天线位置任意时，克拉美罗界近似为常数，此时至少使用三天线相位测角可以实现全方位测角，满足高精度二维定位和三维定位需求。

对于目标三维角度测量的问题，只需要在二维测角的基础上做一些改进，只需至少三根天线。本例以4根天线为例，首先引入第四根天线D，在接收信号过程中记录起始帧信号到达时刻的相位值φ₄，图4为本发明又一实施例提供的基于单基站定位方法的位置解算示意图，如图4所示，进一步引入信号到达基站11的仰角β，四个天线接收信号相位的模型相应更新。

定位模块101基于给定误差准则，根据信号相位获取标签12相对于基站11的角度信息，并根据角度信息和测量距离获取所述标签12相对于基站11的位置。对于三天线二维目标场景，天线A、B和C处可以观测到起始帧信号相位集合位φ₁、φ₂和φ₃，基于给定误差准则，构建待优化目标函数，则目标方位角可以通过最小化目标函数求得：

对于目标三维角度测量的问题，同样基于给定误差准则，构建待优化目标函数，则目标方位角可以通过最小化目标函数求得

本发明实施例提供的基于单基站的定位系统，只使用单个基站，配合多天线即可实现定位，极大地降低了系统的规模和系统成本，解决了现有技术中定位精度低、系统复杂度高的缺陷，提高了定位精度、定位速率和系统稳定性。

在上述实施例的基础上，所述基站还包括惯性导航模块，所述惯性导航模块用于根据惯性导航数据对所述角度信息进行修正，其中所述惯性导航数据是所述惯性导航模块通过记录基站运动和姿态得到的。

所述系统还包括时钟同步模块，所述时钟同步模块置于所述定位模块中，用于实现所述定位模块的时钟同步。

每个所述阵列天线之间的间距大于所述信号的半波长。

本发明实施例提供的定位系统总体思路是，标签与基站中的一根天线根据信号飞行时间(TOF)进行距离测量，同时基站上的其他天线处于侦听状态，将侦听到的信号相位进行解算和记录。根据给定误差准则，利用至少三根天线的相位信息可以唯一确定接受信号的高精度方位角度和仰角。最后将距离信息和角度信息进行融合，可唯一解算标签相对于基站的高精度二维或三维坐标。为了最大限度的减小天线之间的耦合作用，天线间距一般大于信号半波长，具体间距任意，通过消除相位模糊实现角度测量。

基站上配有惯性导航模块，角度解算过程融合了惯性导航数据。惯性导航模块可以实时的观测阵列的转动，并将这个转动的角度记录发送给定位模块，进一步提高测角精度和效率。同时，惯性导航模块将记录基站的姿态变化，并将姿态变化传送至位置解算模块，使得标签的定位结果保持与真实坐标系一致，避免基站晃动、姿态变化导致地定位结果偏移。同时，本发明实施例提供的定位系统，包括时钟同步模块。该时钟同步模块由一个时钟芯片和配套电路构成，时钟芯片起到计时的作用，同时将一路时钟作用到所有定位模块当中，使得所有定位模块的时钟同步，从而使得所有阵列天线接收的信号对齐，从而实现无线信号的同步接收。基站将对多路定位模块进行时钟同步操作，而标签与基站不需进行时钟同步。

本发明实施例提供的定位系统的应用方式包含但不限于以下场景：

定位系统可以应用于巡检机器人中，将阵列天线置于巡检机器人内部，再将定位模块与机器人运动控制模块相连，即可实现机器人对于移动标签的实时定位和跟随移动，此时标签可以置于用户的手中、口袋内，以实现对人员的定位和跟随，也可以置于其他运动物体中，实现对物体的定位和跟随。

定位系统可以应用于无人车、无人机编队中。以无人机为例，将阵列天线和移动标签分别置于不同的无人机上，可以实现无人机之间的相对定位，将定位模块与无人机控制系统相连，可以指导无人机的飞行控制，以实现无人机群的编队控制和协作飞行，完成队形变换和姿态调整。

定位系统可以应用于服务机器人中，将阵列天线置于服务机器人内部，再将定位模块与机器人运动控制模块相连，即可实现机器人对于移动标签的实时定位和跟随移动。对于送餐机器人，可将移动标签交给顾客，实现实时的送餐服务。对于导购机器人，可将标签置于不同商品上，实现实时机器人导购服务。对于物流机器人，可将标签置于不同物品上，实现实时物流跟踪和监控。对于清洁机器人，可将标签置于待清洁处，机器人可自动围绕标签运动，对所覆盖面积进行清洁。

定位系统可以应用于消防中。在消防急救过程中，可以将阵列天线置于任意位置，将移动标签置于消防人员身上，以实现范围内消防人员的实时定位，并可以将所有消防人员的位置信息实时发送给彼此，同时，移动标签可以通过按键的方式向其他人发送报警信号，实现消防人员的相互协作和紧急求救。

本发明可以应用于人员搜救中。在探险、攀岩、徒步、矿井工作、水下工作等场景中，活动人员可佩带移动标签，在危机情况下可以向天线阵列发送求救信号，阵列侧接收到求救信号后，可以完成对标签的实时定位，从而协助完成人员搜救。在搜救过程中，天线阵列可置于无人机、搜救车、搜救潜艇等各类搜救设备中。

本发明实施例提供的基于单基站的定位系统，只使用单个基站，配合多天线即可实现定位，极大地降低了系统的规模和系统成本，同时解决了现有技术中定位精度低、系统复杂度高的缺陷，提高了定位精度、定位速率和系统稳定性。同时，该定位系统能够使得所有天线接收的信号对齐，从而实现无线信号的同步接收，并能够通过消除相位模糊实现角度测量，惯性导航模块能够使得标签的定位结果保持与真实坐标系一致，避免基站晃动、姿态变化导致地定位结果偏移。

图5为本发明实施例提供的一种基于单基站的定位系统的方法的流程示意图，如图5所示，包括：

步骤51，根据测距测相算法获取标签到阵列天线的测量距离和信号相位；

步骤52，基于给定误差准则，根据所述信号相位获取所述标签相对于基站的角度信息；

步骤53，根据所述角度信息和所述测量距离获取所述标签相对于所述基站的位置。

本发明实施例提供的定位方法是基于单基站的定位系统的，在对标签进行定位时，首先根据测距测相算法获取所述标签到所述阵列天线的测量距离和信号相位。

所述根据测距测相算法获取标签到阵列天线的测量距离和信号相位，具体包括：

侦听所述标签发送的起始信号，获取每个所述阵列天线接收到所述起始信号时的时间戳和信号相位；

任一列阵天线向所述标签发送返回信号，以供所述标签接收到所述返回信号后向所述任一列阵天线发送终止信号；

接收所述终止信号，获取接收到所述终止信号的时间戳；

根据所述起始信号时的时间戳和所述终止信号的时间戳计算信号TOF，获取所述标签到所述阵列天线的测量距离。

如图2所示，以四根阵列天线为例，四根阵列天线分别称为A天线、B天线、C天线和D天线，先由标签发送起始帧，再由基站的任一根阵列天线发送返回帧，最后标签发送终止帧，总共收发三条消息。如图2所示，标签记录起始帧的发送时间t₁，基站的A天线记录起始帧到达时刻t₂和到达相位φ₁，基站的B、C和D天线只记录起始帧到达相位φ₂、φ₃和φ₄，然后A天线广播返回帧，并记录发送时刻t₃，标签记录返回帧接收时刻t₄，最后标签广播终止帧并记录发送时刻t₅，A天线记录终止帧到达时刻t₆，利用以上时间戳，可以基于TOF测距准则得到距离测量。将信号飞行时间乘以光速，即可得到标签到基站天线的距离，至此获得了信号相位和测量距离。根据给定误差准则，利用阵列天线的信号相位信息可以唯一确定接受信号的角度信息，最后将测量距离和角度信息进行融合，可唯一解算标签相对于基站的二维或三维坐标。

本发明实施例提供的基于单基站的定位方法，只使用单个基站，配合多天线即可实现定位，极大地降低了系统的规模和系统成本，解决了现有技术中定位精度低、系统复杂度高的缺陷，提高了定位精度、定位速率和系统稳定性。

在上述实施例的基础上，所述基于给定误差准则，根据所述信号相位获取所述标签相对于基站的角度信息，具体包括：

若进行二维定位，基于给定误差准则构建第一待优化目标函数，根据第一优化问题最小化所述第一待优化目标函数，得到所述标签相对于所述基站的方位角，其中，θ为所述方位角，F₁为所述第一待优化目标函数，为所述基站处的相位参考值；

若进行三维定位，基于给定误差准则构建第二待优化目标函数，根据第二优化问题最小化所述第二待优化目标函数，得到所述标签相对于所述基站的方位角和仰角，其中，θ为所述方位角，β为所述仰角，F₂为所述第二待优化目标函数，为基站处的相位参考值。

所述最小化所述第二待优化目标函数，得到所述标签相对于所述基站的方位角和仰角，具体包括：

根据第一优化问题最小化所述第一待优化目标函数F₁，得到所述标签相对于所述基站的方位角θ；

将所述方位角θ代入所述第二待优化目标函数F₂中，根据优化问题最小化所述第二待优化目标函数F₂获取所述仰角。

本发明实施例提供的相位测角的具体算法是，基于给定误差准则，实现角度信息(方位角和仰角)的最优化处理。

对于三天线二维目标定位场景，以天线A、B和C为例，在天线A、B和C处可以观测到起始帧信号相位集合φ₁、φ₂和φ₃，基于给定误差准则，构建待优化目标函数，则目标方位角可以通过最小化目标函数求得

其中，θ为方位角，F₁为第一待优化目标函数，为基站处的相位参考值，F₁包含了所述信号相位信息。

该优化问题可以通过一般迭代算法或网格搜索法寻求最优解。该方法能够有效的解决天线间隔大于半波长时产生的相位模糊的问题，由于该第一待优化目标函数有唯一最小解，因此可以唯一确定标签相对于基站的角度，从而消除相位模糊。本发明实施例中使用基于时间顺序的网格搜索法求解θ，即定义搜索区间[θ_r-σ,θ_r+σ]，其中θ_r为上一时刻求得的方位角，当前时刻的方位角估计值θ仅在搜索区间内进行求解，搜索区间的大小2σ为经验值，这样极大地提高了角度估计的运算速率。

对于目标三维角度测量的问题，只需要在二维测角的基础上做一些改进，只需至少三根天线。本发明实施例以4根天线为例，首先引入第四根天线D，在接收信号过程中记录起始帧信号到达时刻的相位值φ₄，进一步引入信号到达基站的仰角β，四个天线接收信号相位的模型相应更新。同样基于给定误差准则，构建待优化目标函数，则目标方位角可以通过最小化目标函数求得

其中，θ为方位角，β为仰角，F₂为第二待优化目标函数，为基站处的相位参考值。

该优化问题可以通过一般迭代算法或网格搜索法寻求最优解。在保证测角精度的前提下，为进一步提高系统运算速率，本发明实施例中将该优化问题拆分成两步完成。对于目标三维定位问题，首先按照二维定位的方式确定其方位角，即首先优化目标函数F₁，求得目标相对于基站的方位角θ，再将方位角θ代入到目标函数F₂进行优化，则目标的仰角可以通过最小化目标函数求得

同样的，求解该优化问题可以将仰角从[β_r-σ,β_r+σ]进行快速搜索，最终得到目标相对于基站的方位角和仰角集合。这种两步计算的方法是一种优选方案，也可以将方位角和仰角进行联合求解。本发明实施例的测角方差可以达到该场景下的克拉美罗下界，是最优的角度估计方法。将距离测量结果、方位角测量结果和仰角测量结果结合起来，直接计算标签的三维坐标为(x,y,z)＝(dcosβcosθ,dcosβsinθ,dsinβ)。

本发明实施例提供的基于单基站的定位方法，通过消除相位模糊实现角度测量，只使用单个基站，配合多天线即可实现定位，极大地降低了系统的规模和系统成本，解决了现有技术中定位精度低、系统复杂度高的缺陷，提高了定位精度、定位速率和系统稳定性。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

获取惯性导航数据，根据所述惯性导航数据对所述角度信息进行修正，其中所述惯性导航数据是通过记录基站运动和姿态得到的。

所述方法还包括：

记录所述起始信号的信道脉冲响应，获取所述起始信号的统计特性和测距误差，所述统计特性包括测距方差和信道脉冲响应序列的峰度；

将所述统计特性和所述测距误差进行二维拟合，根据拟合结果对所述测量距离进行修正。

本发明实施例提供的定位方法将结合卡尔曼滤波算法，对定位结果进行滤波。由于标签符合动态运动模型，可以得到标签的状态空间、状态方程和观测方程，在观测更新过程中，同时更新协方差矩阵和卡尔曼增益，修正状态预测结果，完成对定位结果的卡尔曼滤波。

基站上配有惯性导航模块，角度解算过程融合了惯性导航数据。惯性导航模块可以实时的观测阵列的转动，并将这个转动的角度传递给定位模块，进一步提高测角精度和效率。同时，惯性导航模块将记录基站的姿态变化，并将姿态变化传送至位置解算模块，使得标签的定位结果保持与真实坐标系一致，避免基站晃动、姿态变化导致地定位结果偏移。

本发明实施例提供的定位方法，具有配套的距离测量修正方法，起到抗遮挡的作用。在基站接收标签所发送的起始帧时，会对信道脉冲响应进行采样，记录信道脉冲响应序列r(k)，进一步计算脉冲响应序列的峰度，同时，基站会记录连续n个时刻的测量距离结果，并计算测量距离值的方差作为当前时刻的测距方差。随后进行大量测距实验，每次测距实验记录当前时刻的测距误差、测距方差和脉冲响应序列的峰度，将测距方差和脉冲响应序列的峰度组成集合，该集合与测距误差存在一一对应关系，将该集合与测距误差进行二维平面拟合，并将拟合结果制作成函数放入定位模块当中，在实际距离测量过程中，对测距结果进行校准。由于信号在遭受遮挡的情况下，测量距离结果会产生正向的偏差，而信号脉冲响应序列的峰度和测距方差与被遮挡的严重程度呈正相关，因此该距离修正方法能够有效的抵抗由于信号被遮挡造成的测距误差增大的现象，保证标签与基站距离测量的精度。

本发明实施例提供的定位方法，具有配套的相位校准方法，校准方法能够补偿天线的传输延迟和信号的相位偏移，使得信号相位差具有更高的精度和稳定性。基站能够根据阵列天线的长度和种类自适应的校准信号传输延迟，并且对接收信号的相位进行补偿，使得接收信号相位与实际信号到达角度更好的对应，从而提高测角精度和稳定性。

本发明实施例提供的基于单基站的定位方法，只使用单个基站，配合多天线即可实现定位，极大地降低了系统的规模和系统成本，解决了现有技术中定位精度低、系统复杂度高的缺陷，提高了定位精度、定位速率和系统稳定性。同时能够有效的抵抗由于信号被遮挡造成的测距误差增大的现象，保证标签与基站距离测量的精度，并且对接收信号的相位进行补偿，使得接收信号相位与实际信号到达角度更好的对应，从而提高测角精度和稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书定义的范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于单基站的定位系统，其特征在于，包括基站和标签，所述基站包括定位模块和阵列天线，所述定位模块和所述阵列天线连接，其中：

所述标签用于收发无线信号，实现与所述基站的信息交互；

所述阵列天线用于根据测距测相算法获取所述标签到所述阵列天线的测量距离和信号相位，其中所述阵列天线的数量大于等于三，所述阵列天线的位置不共线，相邻阵列天线之间的间距为预设值；

所述定位模块用于基于给定误差准则，根据所述信号相位获取所述标签相对于所述基站的角度信息，并根据所述角度信息和所述测量距离获取所述标签相对于所述基站的位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基站还包括惯性导航模块，所述惯性导航模块用于根据惯性导航数据对所述角度信息进行修正，其中所述惯性导航数据是所述惯性导航模块通过记录基站运动和姿态得到的。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括时钟同步模块，所述时钟同步模块置于所述定位模块中，用于实现所述定位模块的时钟同步。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述阵列天线之间的间距大于所述信号的半波长。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述系统的方法，其特征在于，包括：

根据测距测相算法获取标签到阵列天线的测量距离和信号相位；

基于给定误差准则，根据所述信号相位获取所述标签相对于基站的角度信息；

根据所述角度信息和所述测量距离获取所述标签相对于所述基站的位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据测距测相算法获取标签到阵列天线的测量距离和信号相位，具体包括：

侦听所述标签发送的起始信号，获取每个所述阵列天线接收到所述起始信号时的时间戳和信号相位；

任一列阵天线向所述标签发送返回信号，以供所述标签接收到所述返回信号后向所述任一列阵天线发送终止信号；

接收所述终止信号，获取接收到所述终止信号的时间戳；

根据所述起始信号时的时间戳和所述终止信号的时间戳计算信号TOF，获取所述标签到所述阵列天线的测量距离。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于给定误差准则，根据所述信号相位获取所述标签相对于基站的角度信息，具体包括：

若进行二维定位，基于给定误差准则构建第一待优化目标函数，根据第一优化问题最小化所述第一待优化目标函数，得到所述标签相对于所述基站的方位角，其中，θ为所述方位角，F₁为所述第一待优化目标函数，为所述基站处的相位参考值；

若进行三维定位，基于给定误差准则构建第二待优化目标函数，根据第二优化问题最小化所述第二待优化目标函数，得到所述标签相对于所述基站的方位角和仰角，其中，θ为所述方位角，β为所述仰角，F₂为所述第二待优化目标函数，为基站处的相位参考值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述最小化所述第二待优化目标函数，得到所述标签相对于所述基站的方位角和仰角，具体包括：

根据第一优化问题最小化所述第一待优化目标函数F₁，得到所述标签相对于所述基站的方位角θ；

将所述方位角θ代入所述第二待优化目标函数F₂中，根据优化问题最小化所述第二待优化目标函数F₂获取所述仰角。

9.根据权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取惯性导航数据，根据所述惯性导航数据对所述角度信息进行修正，其中所述惯性导航数据是通过记录基站运动和姿态得到的。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

记录所述起始信号的信道脉冲响应，获取所述起始信号的统计特性和测距误差，所述统计特性包括测距方差和信道脉冲响应序列的峰度；

将所述统计特性和所述测距误差进行二维拟合，根据拟合结果对所述测量距离进行修正。