CN110113123B - 一种补偿定位标签计时误差的定位系统及方法 - Google Patents

一种补偿定位标签计时误差的定位系统及方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种补偿定位标签计时误差的定位系统及方法。其中，定位系统根据当前定位周期中定位基接收到的定位标签发射的定位信号的时间和个数，判断是否所有定位标签在当前定位周期都发射了定位信号，并根据判断结果调整计时调整时段的时长。进一步地，利用单片机执行空指令的时长来补偿定位标签的计时误差，解决了当定位标签计时精度较差时，定位标签记录的定位时隙与同步控制器记录的定位时隙存在偏差，导致部分定位标签无法在定位系统为其分配的定位时隙中发射定位信号的问题。实现了定位标签在低功耗低成本的基础上，具有较高计时精度，从而在自身的定位时隙中顺利发射定位信号，进而使定位系统能够实现对定位标签的定位。

Description

一种补偿定位标签计时误差的定位系统及方法
技术领域
本公开涉及无线通信领域，更具体地，本公开涉及时序分配。
背景技术
短距离、高精度无线室内定位技术在城市密集区域和室内封闭空间应用非常广泛。现有的定位系统中主要采用定位标签发射定位信号，定位基站接收定位信号的方式来实现定位，此外定位系统中还包括同步控制器来控制定位基站和定位标签间的时序同步，以使每个定位标签在自己所在的定位时隙发射定位信号，同时，定位基站也通过接收到定位信号所处的定位时隙确定所述定位信号来自哪一定位标签，从而对该定位标签进行定位。通过对定位标签分配定位时隙，且同一待定位空间中每一定位时隙中只有一个定位标签发射定位信号，定位信号无需携带其来自哪一定位标签的信息，定位基站只需根据接收时间即可判断其属于哪一定位标签。但是，需要定位的定位标签数量众多或对每一定位标签要求的定位刷新率较高时，每个定位周期的定位时隙量会剧增，当定位周期总时长不变的情况下，定位时隙的时间就会缩短，使得同步控制器需要更加精确控制定位标签的时序。
在很多应用场景中，定位标签放置于待定位目标上，通常为便携式装置，电源提供的电量有限，为了保证电源续航时间，定位标签无法支持耗电量较大的硬件资源。因而，可以提高时间分辨精度的硬件设备例如有源晶振等就无法应用在定位标签中，使得定位标签的定位时隙无法匹配。
因此，研究低功耗的定位系统中定位标签的同步问题成为了本领域研究人员亟需解决的问题。
发明内容
依据本发明的一个方面，公开了一种补偿定位标签计时误差的定位系统，包括同步控制器、定位基站和定位标签，定位系统将定位周期划分成多个定位时隙，并为每个定位标签分配属于自身的定位时隙，定位标签在属于自身的定位时隙中向定位基站发射定位信号，其中，每个定位时隙分为定位信号发射时段和计时调整时段；定位标签判断当前定位时隙是否为定位系统分配给自身的定位时隙，若是，则定位标签在当前定位时隙的定位信号发射时段发射定位信号，并记录定位信号发射时段的时长，若否，则定位标签记录定位信号发射时段的时长；定位系统根据当前定位周期中定位基接收到的定位标签发射的定位信号的时间和个数，判断是否所有定位标签在当前定位周期都发射了定位信号，并根据判断结果调整计时调整时段的时长。
依据本发明的另一个方面，公开了一种补偿定位标签计时误差的方法，包括：将定位周期划分成多个定位时隙，并为每个定位标签分配属于自身的定位时隙，定位标签在属于自身的定位时隙中向定位基站发射定位信号，其中，每个定位时隙分为定位信号发射时段和计时调整时段；判断当前定位时隙是否为定位系统分配给自身的定位时隙，若是，则令定位标签在当前定位时隙的定位信号发射时段发射定位信号，并记录定位信号发射时段的时长，若否，则令定位标签记录定位信号发射时段的时长；根据当前定位周期中定位基接收到的定位标签发射的定位信号的时间和个数，判断是否所有定位标签在当前定位周期都发射了定位信号，并根据判断结果调整计时调整时段的时长。
本发明利用单片机执行空指令的时长te来补偿定位标签MS的计时误差，解决了当定位标签MS计时精度较差时，定位标签MS记录的定位时隙与同步控制器SC记录的定位时隙存在偏差，导致部分定位标签MS无法在定位系统为其分配的定位时隙中发射定位信号的问题。实现了定位标签MS在低功耗低成本的基础上，具有较高计时精度，从而在自身的定位时隙中顺利发射定位信号，进而使定位系统能够实现对定位标签MS的定位。
附图说明
图1给出依据本发明一种实施例的定位系统100的一个定位周期T的时序示意图；
图2给出依据本发明一种实施例的定位标签MS的第i个定位时隙tmi的时序示意图。
图3给出依据本发明一种实施例的定位标签MS计时误差补偿方法300的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1给出依据本发明一种实施例的定位系统100的一个定位周期T的时序示意图。定位系统100示例性地包括定位基站BS、定位标签MS以及同步控制器SC。定位标签MS向定位基站BS发射定位信号S，定位基站BS接收定位信号S后解算所述定位信号S对应的定位标签MS的位置坐标。同步控制器SC用于控制定位基站BS和定位标签MS的时序。定位系统100设置多个定位周期T，每个定位周期T又包含x个定位时隙t，定位系统100将上述x个定位时隙t分配给定位标签MS。在一个实施例中，定位系统100包含u个定位标签MS，定位系统100将x个定位时隙t循环分配给这u个定位标签MS。在图1所示实施例中，定位系统100中的定位标签MS的个数u等于一个定位周期T中的定位时隙t的个数x。同步控制器SC中包含具有较高精度的时钟模块，以记录每个定位周期T的时间长度，同步控制器SC每间隔一个定位周期T向每个定位标签MS发射定位周期起始信号ST，定位标签MS接收到定位周期起始信号ST后开始一个定位周期T，定位标签MS根据定位系统100的分配，在属于自身的定位时隙t发射定位信号S。
在一个实施例中，每个定位时隙t具有固定的时间长度，定位系统100为第i个定位标签MS分配的定位时隙为tmi，第i个定位标签MS在接收到定位周期起始信号ST后，记录时间段tm1+tm2+…+tm(i-1)后进入定位时隙tmi，并在定位时隙tmi中发射定位信号S。但为了减少定位标签MS的成本和功耗，定位标签MS中时钟模块的精度较差，在一个实施例中定位标签中的时钟模块为无源晶振，定位标签MS无法精确记录每一定位时隙t的时间长度。在图1所示实施例中，定位系统100为第x个定位标签MS分配的定位时隙为tmx，由于定位标签MS的计时误差，使得第x个定位标签MS还没有等到属于自身的定位时隙tmx到来时，同步控制器SC已经发出了下一个周期的定位周期起始信号ST，当定位标签MS接收到定位周期起始信号ST后进入下一周期，开始下一周期的计时。此时，第x个定位标签MS在定位周期并未发射定位信号S，因此无法实现对该定位标签MS的定位。
本发明给出一种定位标签计时误差补偿方法，实时地调整定位标签MS的计时，以使得定位标签MS记录的定位时隙与同步控制器SC记录的定位时隙相吻合，从而使得不会存在图1所示实施例中部分定位标签MS无法发射定位信号S的情况。
图2给出依据本发明一种实施例的定位标签MS的第i个定位时隙tmi的时序示意图。定位系统100为每个定位时隙t分配了计时调整时段Tad，以补偿定位标签MS的计时误差。以第i个定位时隙tmi为例，定位时隙tmi包括定位信号发射时段Ttr和计时调整时段Tad。在一个实施例中，若第i个定位时隙tmi属于当前定位标签MS，则定位标签MS在定位信号发射时段Ttr发射定位信号S；若第i个定位时隙tmi不属于当前定位标签MS，则定位标签MS仅记录定位信号发射时段Ttr的时长。在一个实施例中，为了降低定位标签MS的功耗和成本，采用单片机作为定位标签MS中的处理模块，采用无源晶振作为定位标签MS的时钟输入。无源晶振受温度和自身计时精度等的影响存在计时误差，在本实施例中，利用单片机执行空指令的时长te来补偿定位标签MS的计时误差。本领域技术人员应当知晓，单片机执行一条空指令的时长te是较为微小且基本固定的。定位标签MS通过在计时调整时段Tad中建立空指令集合，改变其中空指令执行条数的方式来改变计时调整时段Tad的时长，从而补偿定位标签MS的计时误差，使定位标签MS记录的定位时隙t与同步控制器CS记录的定位时隙t相吻合。
在一个实施例中，计时调整时段Tad包含M个空指令集合，每个空指令集合中包含N或N+1条空指令，其中N为等于或大于0的整数。空指令集合的个数M取决于待补偿的计时误差的多少。当每个空指令集合中的空指令的条数都为N时，得到最小计时调整时段时长Tad_min＝M×N×te；当每个空指令集合中的空指令的条数都为N+1时，得到最大计时调整时段时长Tad_max＝M×(N+1)×te。因此计时调整时段Tad可调整的计时误差范围ΔTad＝Tad_max-Tad_min＝M×te。
在一个实施例中，定位基站BS为固定放置，可提供持续稳定的供电，不存在定位标签MS中无法适用高精度计时模块的问题，因此可使用与同步控制器SC中相同计时精度的计时模块，本领域技术人员可以理解为定位基站BS中记录的定位时隙t与同步控制器CS记录的定位时隙t是相吻合的。定位系统100可根据上一个定位周期T中各定位基站BS接收到的定位标签MS发射的定位信号S的时间和个数确定是否所有定位标签MS在定位周期T中都发射了定位信号S。在一个实施例中，若所有定位标签MS在定位周期中都发射了定位信号S，说明定位标签MS记录的总定位时隙长度小于或等于同步控制器SC记录的总定位时隙长度，因此可以适当增加执行N+1条空指令的空指令集合的个数来延长计时调整时段Tad的时长；若所存在定位标签MS在定位周期中没有发射定位信号S的情况，说明定位标签MS记录的总定位时隙长度大于同步控制器SC记录的总定位时隙长度，因此可以适当减少执行N+1条空指令的空指令集合的个数来缩短计时调整时段Tad的时长。通过上述动态调整空指令集合中的空指令条数来补偿定位标签MS的计时误差，从而使定位标签MS记录的定位时隙t与同步控制器CS记录的定位时隙t相吻合。
图3给出依据本发明一种实施例的定位标签MS计时误差补偿方法300的流程图。定位标签MS计时误差补偿方法300包括如下步骤：
步骤301：定位系统100将每个定位标签MS的每个定位时隙t分为定位信号发射时段Ttr和计时调整时段Tad；
步骤302：定位标签MS判断当前定位时隙t是否为定位系统100分配给自身的定位时隙，若“是”进入步骤303，若“否”进入步骤304；
步骤303：定位标签MS在当前定位时隙t的定位信号发射时段Ttr发射定位信号S，并记录定位信号发射时段Ttr的时长；
步骤304：定位标签MS记录定位信号发射时段Ttr的时长；
步骤305：定位标签MS进入计时调整时段Tad，计时调整时段Tad包含M个空指令集合，每个空指令集合中包含N或N+1条空指令；
步骤306：定位系统100根据上一定位周期T中定位基BS接收到的定位标签MS发射的定位信号S的时间和个数，确定是否所有定位标签MS都发射了定位信号S，若“是”说明定位标签MS记录的总定位时隙长度小于或等于同步控制器SC记录的总定位时隙长度，进入步骤307，若“否”说明定位标签MS记录的总定位时隙长度大于同步控制器SC记录的总定位时隙长度，进入步骤308；
步骤307：增加执行N+1条空指令的空指令集合的个数来延长计时调整时段Tad的时长；
步骤308：减少执行N+1条空指令的空指令集合的个数来缩短计时调整时段Tad的时长。
本发明公开了一种定位标签MS计时误差补偿方法，定位标签MS利用单片机执行空指令的时长te来补偿定位标签MS的计时误差，解决了当定位标签MS计时精度较差时，定位标签MS记录的定位时隙与同步控制器SC记录的定位时隙存在偏差，导致部分定位标签MS无法在定位系统为其分配的定位时隙中发射定位信号的问题。实现了定位标签MS在低功耗低成本的基础上，具有较高计时精度，从而在自身的定位时隙中顺利发射定位信号，进而使定位系统能够实现对定位标签MS的定位。
如以上所提到的，虽然已经说明和描述了本发明的优选实施例，但在不背离本发明的精神和范围的情况下，可进行许多改变。由此，本发明的范围不由优选实施例的公开所限制。而是，应当完全参考随后的权利要求来确定本发明。

Claims (10)

1.一种补偿定位标签计时误差的定位系统，包括同步控制器、定位基站和定位标签，定位系统将定位周期划分成多个定位时隙，并为每个定位标签分配属于自身的定位时隙，定位标签在属于自身的定位时隙中向定位基站发射定位信号，其中，每个定位时隙分为定位信号发射时段和计时调整时段；
定位标签判断当前定位时隙是否为定位系统分配给自身的定位时隙，若是，则定位标签在当前定位时隙的定位信号发射时段发射定位信号，并记录定位信号发射时段的时长，若否，则定位标签记录定位信号发射时段的时长；
定位系统根据当前定位周期中定位基站接收到的定位标签发射的定位信号的时间和个数，判断是否所有定位标签在当前定位周期都发射了定位信号，并根据判断结果调整计时调整时段的时长。
2.如权利要求1所述的补偿定位标签计时误差的定位系统，其中，同步控制器在定位周期开始时向定位基站和定位标签发送定位周期起始信号；
定位标签在定位周期起始信号的触发下开始计时，以根据计时结果判断是否进入属于自身的定位时隙；
定位基站在定位周期起始信号的触发下记录定位标签发射的定位信号的个数，以判断是否所有定位标签在当前定位周期都发射了定位信号。
3.如权利要求1所述的补偿定位标签计时误差的定位系统，其中，定位标签包含单片机，计时调整时段的时长为所述单片机执行一条或多条空指令的时长。
4.如权利要求3所述的补偿定位标签计时误差的定位系统，其中，计时调整时段包含M个空指令集合，每个空指令集合中包含N或N+a条空指令，其中，N为等于或大于0的整数，a为大于0的整数。
5.如权利要求4所述的补偿定位标签计时误差的定位系统，其中，判断是否所有定位标签在当前定位周期都发射了定位信号，并根据判断结果调整计时调整时段的时长还包括：
若是，则定位标签记录的总定位时隙长度小于或等于同步控制器记录的总定位时隙长度，增加定位标签执行N+a条空指令的空指令集合的个数以延长计时调整时段的时长；
若否，则定位标签记录的总定位时隙长度大于同步控制器记录的总定位时隙长度，减少定位标签执行N+a条空指令的空指令集合的个数以缩短计时调整时段的时长。
6.一种补偿定位标签计时误差的方法，包括：将定位周期划分成多个定位时隙，并为每个定位标签分配属于自身的定位时隙，定位标签在属于自身的定位时隙中向定位基站发射定位信号，其中，每个定位时隙分为定位信号发射时段和计时调整时段；
判断当前定位时隙是否为定位系统分配给自身的定位时隙，若是，则令定位标签在当前定位时隙的定位信号发射时段发射定位信号，并记录定位信号发射时段的时长，若否，则令定位标签记录定位信号发射时段的时长；
根据当前定位周期中定位基站接收到的定位标签发射的定位信号的时间和个数，判断是否所有定位标签在当前定位周期都发射了定位信号，并根据判断结果调整计时调整时段的时长。
7.如权利要求6所述的补偿定位标签计时误差的方法，还包括，在定位周期开始时向定位基站和定位标签发送定位周期起始信号；
控制定位标签在定位周期起始信号的触发下开始计时，以根据计时结果判断是否进入属于自身的定位时隙；
控制定位基站在定位周期起始信号的触发下记录定位标签发射的定位信号的个数，以判断是否所有定位标签在当前定位周期都发射了定位信号。
8.如权利要求6所述的补偿定位标签计时误差的方法，其中，设置计时调整时段的时长为包含在定位标签中的单片机执行一条或多条空指令的时长。
9.如权利要求8所述的补偿定位标签计时误差的方法，其中，设置计时调整时段包含M个空指令集合，每个空指令集合中包含N或N+a条空指令，其中，N为等于或大于0的整数，a为大于0的整数。
10.如权利要求9所述的补偿定位标签计时误差的方法，其中，判断是否所有定位标签在当前定位周期都发射了定位信号，并根据判断结果调整计时调整时段的时长还包括：
若是，则定位标签记录的总定位时隙长度小于或等于同步控制器记录的总定位时隙长度，增加定位标签执行N+a条空指令的空指令集合的个数以延长计时调整时段的时长；
若否，则定位标签记录的总定位时隙长度大于同步控制器记录的总定位时隙长度，减少定位标签执行N+a条空指令的空指令集合的个数以缩短计时调整时段的时长。
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