CN110113811A - 时钟恢复同步装置、定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时钟恢复同步装置、定位系统及方法。本发明令第一装置在预设的第一时钟脉冲所表征的时刻发送第一同步信号，令第二装置对第一同步信号进行跟踪，产生与接收到的同步信号具有相同的频率和已知的相位差的跟踪信号，并根据跟踪信号产生与第一时钟脉冲串信号具有相同的频率和已知的相位差的第二时钟脉冲串信号。本发明在没有包含高稳定度时钟的定位基站中构建与包含高稳定度时钟的定位基站相同的时钟，从而实现各定位基站间的同步，每个定位基站可以在较长的一段时间内保持上述同步，解决了传输同步信号的无线线路受到突发的遮挡、干扰信号的影响，造成定位基站无法进行同步，进而无法进行定位的问题。

Description

时钟恢复同步装置、定位系统及定位方法

技术领域

本公开涉及无线通信，更具体地，本公开涉及一种时钟恢复同步装置、定位系统及方法。

背景技术

随着数据业务和多媒体业务的快速增加，在短距离高速率无线通信的基础上，人们对位置信息感知的需求也日益增大。尤其在复杂环境中，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等，或者一些需要对人员定位具有特殊需求的环境，如监狱、幼儿园、医院、养老院等，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品的位置信息，进而用于监控管理、安全报警、指挥调度、物流、遥测遥控和紧急救援等需求。

在现有的定位系统中，常用的定位算法包括TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)定位算法，即置于待定位装置上的定位标签向已知位置的定位基站发射定位信号，定位系统记录各定位基站接收到定位信号的时间差解算待定位装置的位置信息。上述算法在实施过程中要求各个定位基站间精确的时间同步才能达到较高的定位精度。现有技术中对于各个定位基站之间常用的同步方法主要有以下几种，一是每个定位基站中各自包含精确的同步时钟，如原子钟等，这种方法成本较高，且需定期对其进行时钟校验；二是使用有线线路在各定位基站之间传输同步信号，此方法需要在各定位基站之间布设有线线路，需要耗费较多的经济和人力成本，且需要定期维护，而在一些特殊环境中，受制于地理环境以及美观因素，无法实现有线线路的布设；三是通过无线方式在各定位基站之间传输同步信号，现有技术中通过无线方式在各个定位基站间传输同步信号仅能保证各定位基站在很短的一段时间内保持同步，因此需要在每次定位过程中都进行同步信号的传输，然而无线线路容易受到突发的遮挡、干扰信号的影响，造成定位基站无法准确接收同步信号，进而导致无线线路受到影响时定位基站无法实现对待定位装置的定位。因此，研究低成本、低功耗、高精度的同步定位系统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时钟恢复同步装置，包括：已知位置的第一装置，第一装置具有第一时钟装置，以产生包括多个第一时钟脉冲的第一时钟脉冲串信号，其中，第一装置在预设的第一时钟脉冲所表征的时刻发送第一同步信号；以及已知位置的第二装置，第二装置接收第一同步信号并根据接收到的第一同步信号生成跟踪信号，以使得跟踪信号与接收到的第一同步信号具有相同的频率和已知的相位差，第二装置根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号以使得第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同的频率和已知的相位差。

依据本发明的另一个方面公开了一种定位系统，包括：已知位置的第一定位基站，第一定位基站具有第一时钟装置，以产生包括多个第一时钟脉冲的第一时钟脉冲串信号，其中，第一定位基站在预设的第一时钟脉冲所表征的时刻发送第一同步信号；已知位置的第二定位基站，第二定位基站接收第一同步信号并根据接收到的第一同步信号生成跟踪信号，以使得跟踪信号与接收到的第一同步信号具有相同的频率和已知的相位差，第二定位基站根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号以使得第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同的频率和已知的相位差；以及待定位装置，其中，待定位装置与第一定位基站和第二定位基站之间接收和/或发射定位信号，第一定位基站和第二定位基站分别根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号在预设时刻发射定位信号和/或根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号记录接收定位信号的时间信息来解算待定位装置的位置信息。

依据本发明的又一个方面公开了一种定位方法，利用第一装置生成包括多个第一时钟脉冲的第一时钟脉冲串信号；利用第一装置在预设的第一时钟脉冲所表征的时刻发送第一同步信号；利用第二装置接收第一同步信号并根据接收到的第一同步信号生成跟踪信号，以使得跟踪信号与接收到的第一同步信号具有相同的频率和和已知的相位差；根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号以使得第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同的频率和和已知的相位差；使第一装置和第二装置分别与待定位装置接收和/或发射定位信号，且第一装置和第二装置根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号在预设时刻发射定位信号和/或根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号记录接收定位信号的时间信息来解算待定位装置的位置信息。

本发明在没有包含高稳定度时钟的定位基站中构建与包含高稳定度时钟的定位基站相同的时钟，从而实现各定位基站间的同步，每个定位基站可以在较长的一段时间内保持上述同步，解决了传输同步信号的无线线路受到突发的遮挡、干扰信号的影响，造成定位基站无法进行同步，进而无法进行定位的问题。

附图说明

图1给出依据本发明一种实施例的时钟恢复同步装置100的示意图；

图2给出图1所示实施例的时钟恢复同步装置100的一种工作时序示意图；

图3给出依据本发明一种实施例的时钟恢复同步装置中的第二装置300的模块化示意图；

图4给出依据本发明一种实施例的定位系统400的示意图；

图5给出图4所示实施例的定位系统400的信号收发示意图；

图6给出图4所示实施例的定位系统400的一种工作时序示意图；

图7给出图4所示实施例的定位系统400的另一种工作时序示意图；

图8给出图4所示实施例的定位系统400的又一种工作时序示意图；

图9给出依据本发明一种实施例的定位方法900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。

本领域技术人员应当理解，在本文上下文中，对待定位装置的定位至少可以理解为获得待定位装置的位置信息或者是对待定位装置的位置的解算。本领域技术人员应当理解，本文上下文中提及的“定位周期”，是指要发射同步信号的各个定位基站发射完同步信号，且定位系统完成对所有待定位装置的定位所用的时间。

图1给出依据本发明一种实施例的时钟恢复同步装置100的示意图。所述时钟恢复同步装置100包括第一装置和第二装置，其中，第一装置和第二装置具有已知的位置信息。第一装置具有第一时钟装置，该第一时钟装置产生包括多个第一时钟脉冲的第一时钟脉冲串信号CLK1，其中，第一装置在预设的第一时钟脉冲所表征的时刻向第二装置发送同步信号SYN1。在一个实施例中，所述同步信号SYN1采用无线方式传输；在另一实施例中，所述同步信号SYN1采用有线方式传输。在一个实施例中，第一时钟装置为高稳定度(高精度)的时钟装置。且在一个实施例中，所述高稳定度的时钟为恒温晶振。第二装置接收同步信号SYN1并根据接收到的同步信号SYN1生成跟踪信号，以使得跟踪信号与接收到的同步信号SYN1具有相同的频率和已知的相位差，并且，第二装置根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号CLK2以使得第二脉冲串信号CLK2与第一时钟脉冲串信号CLK1具有相同的频率和已知相位差。在一个实施例中，例如，在接下来将要描述的利用传输时间对接收到的第一同步信号进行补偿的实施例中，跟踪信号与接收到的同步信号SYN1之间的已知相位差为零。在另一个实施例中，例如，在接下来将要描述的利用传输时间对跟踪信号进行补偿的实施例中，或在根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号的过程中补偿所述传输时间的实施例中，或者在第二装置不对传输时间进行补偿的实施例中，已知相位差为一个可根据传输时间获得的非零值。在一个实施例中，例如，在第二装置中对传输时间进行过补偿的实施例中，第二脉冲串信号CLK2与第一时钟脉冲串信号CLK1之间的已知相位差为零。在另一个实施例中，例如，在第二装置中对传输时间未进行过补偿的实施例中，第二脉冲串信号CLK2与第一时钟脉冲串信号CLK1之间的已知相位差为一个可根据传输时间获得的非零值。

在一个实施例中，所述时钟恢复同步装置100用于定位系统中，定位系统还包括待定位装置，第一装置和第二装置分别与待定位装置之间交互定位信号，即第一装置和第二装置分别与待定位装置之间接收和/或发射定位信号，且第一装置和第二装置分别根据第一时钟脉冲串信号CLK1和第二时钟脉冲串信号CLK2在预设时刻发射定位信号和/或分别根据第一时钟脉冲串信号CLK1和第二时钟脉冲串信号CLK2记录定位信号的时间信息来解算待定位装置的位置信息。在上述实施例中，第一装置和第二装置分别为定位基站BS1和BS2。在一个实施例中，定位系统系统100利用TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)或TOA(Time of Arrival，到达时间)定位算法解算定位标签的位置信息。在使用TOA定位算法进行定位时，需要各个定位基站和定位标签之间都进行精确的同步，而若各个定位基站间是同步的，定位标签只需与其中一个定位基站进行同步，便可与所有定位基站同步，同步效率高。在TOA定位算法中，利用定位基站发射定位信号以及定位标签接收定位信号，并根据定位基站基于自身的时钟脉冲串信号在预设时刻发射定位信号的所述预设时刻以及待定位装置接收定位信号的时间信息实现对定位标签即待定位装置的定位；或反之，利用定位标签发射定位信号以及定位基站接收定位信号，并根据定位基站基于自身的时钟脉冲串信号记录的接收定位信号的时间信息以及待定位装置发射定位信号的时间信息实现对定位标签即待定位装置的定位。在TDOA定位算法中，利用定位基站发射定位信号以及定位标签接收定位信号，并根据定位基站基于自身的时钟脉冲串信号在预设时刻发射定位信号的所述预设时刻以及待定位装置接收定位信号的时间信息实现对定位标签即待定位装置的定位；或反之，利用定位标签发射定位信号以及定位基站接收定位信号，并根据定位基站基于自身的时钟脉冲串信号记录的接收定位信号的时间信息以实现对定位标签即待定位装置的定位。

图2给出图1所示实施例的时钟恢复同步装置100的一种工作时序示意图。如图2所示，定位基站BS1基于第一时钟脉冲串信号CLK1，在预设的第一时钟脉冲PS1所表征的时刻t1，按照预设的周期T向定位基站BS2发送同步信号SYN1。定位基站BS2在接收到定位基站BS1发送的同步信号SYN1后根据接收到的同步信号SYN1生成一路跟踪信号SYN1’，其中，所述跟踪信号SYN1’与定位基站BS2接收到的同步信号SYN1具有相同的频率和相位。定位基站BS2根据获得的跟踪信号SYN1’产生具有和第一时钟脉冲串CLK1相同频率和相位的第二时钟脉冲串信号CLK2。至此，在定位基站BS2中建立了与定位基站BS1相同的时钟信号，即实现了定位基站BS1和BS2的时钟同步。

在一个实施例中，定位基站BS1每间隔n个第一时钟脉冲发送一次同步信号SYN1，其中n为大于或等于0的整数，定位基站BS2根据跟踪信号SYN1’和间隔的第一时钟脉冲个数n产生第二时钟脉冲串信号。当n＝0时，则意味着在每个第一时钟脉冲所表征的时刻，第一装置均发射同步信号SYN1。在图2所示实施例中，n＝5，即定位基站BS1每间隔5个第一时钟脉冲发送一次同步信号SYN1。

在一个实施例中，定位基站BS2在获得的每两个跟踪信号脉冲所表征的时段中均匀地插入n个信号，将插入后的信号串作为定位基站BS2的第二时钟脉冲串信号CLK2。

本领域技术人员应当理解，由于定位基站BS1和BS2之间存在物理距离，定位基站BS1发送的同步信号SYN1与定位基站BS2接收的同步信号SYN1存在一时间偏差，所述时间偏差包括同步信号SYN1从定位基站BS1到定位基站BS2的飞行时间Δt。由于定位基站BS1和BS2的位置已知，因此，定位基站之间的距离已知，进而，同步信号SYN1从定位基站BS1到定位基站BS2的飞行时间Δt可以基于同步信号的传播速度获得。在一个实施例中，定位基站BS2在生成第二时钟脉冲串信号CLK2之前，对所述飞行时间Δt进行补偿。

在图2所示实施例中，定位基站BS2接收到同步信号SYN1后，对接收到的同步信号SYN1进行跟踪，并基于同步信号SYN1从定位基站BS1到定位基站BS2的飞行时间Δt对接收到的同步信号进行补偿，以获得与定位基站BS1发射的同步信号SYN1具有相同频率和相位的跟踪信号SYN1’，再根据所述跟踪信号SYN1’获得与第一时钟脉冲信号CLK1相同频率和相位的第二时钟脉冲信号CLK2。

在一个实施例中，定位基站BS2接收到同步信号SYN1后，对接收到的同步信号SYN1进行跟踪，以获得与定位基站BS2接收到的同步信号SYN1具有相同频率和相位的跟踪信号SYN1’，并基于同步信号SYN1从定位基站BS1到定位基站BS2的飞行时间Δt对跟踪信号SYN1’进行补偿，再根据补偿后的跟踪信号SYN1’获得与第一时钟脉冲信号CLK1相同频率和相位的第二时钟脉冲信号CLK2。

又在一个实施例中，在根据跟踪信号SYN1’产生第二时钟脉冲串信号CLK2的过程中补偿所述飞行时间Δt，以使得获得的第二时钟脉冲串信号CLK2与第一时钟脉冲串信号CLK1具有相同的频率和相位。

又在一个实施例中，定位基站BS2在生成第二时钟脉冲串信号CLK2之前，不对所述飞行时间Δt进行补偿，定位系统在解算待定位装置的位置信息时，对所述飞行时间Δt进行补偿。

在一个实施例中，定位基站BS2还向定位系统中的其它定位基站发送同步信号SYN2，以实现对定位系统中其它定位基站的同步。

在一个实施例中，同步信号SYN1和SYN2为超宽带信号。

又在一个实施例中，同步信号SYN1和SYN2携带自身的身份信息，在一个实施例中采用脉冲位置PPM或二进制启闭键控OOK对身份信息进行调制。

又在一个实施例中，定位系统为每个发射同步信号的定位基站分别分配同步信号发射时隙。如图2所示，定位基站BS2生成时钟信号CLK2后，在与定位基站BS1发射同步信号SYN1不同的时钟脉冲所表征的时刻发射同步信号SYN2。

在包含时钟恢复同步装置100的定位系统中，定位基站BS1和BS2分别与待定位装置之间接收和/或发射定位信号，且定位基站BS1和BS2根据第一时钟脉冲串信号CLK1和第二时钟脉冲串信号CLK2记录接收和/或发射定位信号的时间信息，并根据时间信息解算待定位装置的位置信息。

图3给出依据本发明一种实施例的时钟恢复同步装置中的第二装置300的模块化示意图。第二装置300包括同步信号接收模块301、中央控制单元302、时钟跟踪及恢复模块303以及同步信号发射模块304。其中，同步信号接收模块301接收第一装置发送的同步信号SYN1，在对其进行滤波放大后发送至中央控制单元302。在一个实施例中，所述中央控制单元为CPU、MCU或FPGA。中央控制单元302将接收到的同步信号SYN1发送至时钟跟踪及恢复模块303，时钟跟踪及恢复模块303对同步信号SYN1进行跟踪，在一个实施例中，时钟跟踪及恢复模块303包含锁相环PLL组件，以实现对同步信号SYN1的跟踪，并基于同步信号SYN1从定位基站BS1到定位基站BS2的飞行时间Δt对接收到的同步信号进行补偿，以获得与定位基站BS1发射的同步信号SYN1具有相同频率和相位的跟踪信号SYN1’。时钟跟踪及恢复模块303根据获得的跟踪信号SYN1’和间隔的第一时钟脉冲个数n产生第二时钟脉冲串信号CLK2。在一个实施例中，时钟跟踪及恢复模块303在获得的每两个跟踪信号脉冲中均匀地插入n个信号，将插入后的信号串作为定位基站BS2的时钟信号CLK2，即第二时钟脉冲串信号CLK2，并将生成的时钟信号CLK2发送至中央控制单元302。中央控制单元302基于时钟信号CLK2产生同步信号SYN2，发送至同步信号发射模块304，并经由同步信号发射模块304发射至其它装置。在一个实施例中，中央控制单元302在与定位基站BS1发射同步信号SYN1不同的时钟脉冲所表征的时刻发射同步信号SYN2。

图4给出依据本发明一种实施例的定位系统400的示意图。定位系统100包括已知位置的N个定位基站BS1～BSN，以及M个待定位装置MS1～MSM，其中N为大于等于3的整数，M为大于等于1的整数。接下来，以N＝6且M＝5为例对图1所示定位系统100进行详细描述。定位系统400中的每两个定位基站都可以构成图1所示的时钟恢复同步装置100，以利用与所述时钟恢复同步装置100相关实施例中公开的方法实现定位基站间的同步。如图4所示，定位系统400示例性地包括定位基站BS1、BS2、BS3、BS4、BS5和BS6以及待定位装置MS1、MS2、MS3、MS4和MS5，其中，在待定位装置MS1、MS2、MS3、MS4和MS5上分别设置有能够实现与定位基站收发定位信号的定位标签。由于定位标签置于待定位装置上，可以认为定位标签与待定位装置具有已知的相对位置关系，甚至在某些情况下，由于定位标签与待定位装置之间的距离较小，可以近似地认为定位标签与待定位装置的位置相同，因此，在本文上下文中，为便于描述，对定位标签的定位即当作对待定位装置的定位，相关地，例如，定位基站与定位标签之间收发定位信号这样的描述和定位基站与待定位装置之间收发定位信号这样的描述具有相同的意思表示。在一个实施例中，置于待定位装置上的定位标签为超宽带定位标签，所述各定位标签与定位基站之间交互(或者说收发)超宽带定位信号。

定位系统100中，定位基站BS1和定位基站BS2分别与待定位装置之间接收和/或发射定位信号，且定位基站BS1和定位基站BS2分别根据第一时钟脉冲串信号CLK1和第二时钟脉冲串信号CLK2在预设时刻发射定位信号和/或分别根据第一时钟脉冲串信号CLK1和第二时钟脉冲串信号CLK2记录定位信号的时间信息来解算待定位装置的位置信息。在一个实施例中，定位系统系统100利用TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)或TOA(Timeof Arrival，到达时间)定位算法解算定位标签的位置信息。在使用TOA定位算法进行定位时，需要各个定位基站和定位标签之间都进行精确的同步，而若各个定位基站间是同步的，定位标签只需与其中一个定位基站进行同步，便可与所有定位基站同步，同步效率高。在TOA定位算法中，利用定位基站发射定位信号以及定位标签接收定位信号，并根据定位基站基于自身的时钟脉冲串信号在预设时刻发射定位信号的所述预设时刻以及待定位装置接收定位信号的时间信息实现对定位标签即待定位装置的定位；或反之，利用定位标签发射定位信号以及定位基站接收定位信号，并根据定位基站基于自身的时钟脉冲串信号记录的接收定位信号的时间信息以及待定位装置发射定位信号的时间信息实现对定位标签即待定位装置的定位。在TDOA定位算法中，利用定位基站发射定位信号以及定位标签接收定位信号，并根据定位基站基于自身的时钟脉冲串信号在预设时刻发射定位信号的所述预设时刻以及待定位装置接收定位信号的时间信息实现对定位标签即待定位装置的定位；或反之，利用定位标签发射定位信号以及定位基站接收定位信号，并根据定位基站基于自身的时钟脉冲串信号记录的接收定位信号的时间信息以实现对定位标签即待定位装置的定位。

本发明以使用TDOA定位算法解算定位标签的位置信息为例展开描述，但本领域技术人员应当理解，本发明中定位系统的某些功能及其原理，例如，定位基站间的同步功能及其原理对于采用TOA算法解算定位标签的位置信息也是同样适用的。

图5给出图4所示实施例的定位系统400的信号收发示意图。为了便于作图以及描述，图5仅示例性地给出了两个待定位装置MS，并未作区分，意在泛指利用相应的定位基站对自身进行定位的待定位装置MS。定位基站的选择方法在此处暂不做说明，在后续实施例中将给出详细阐述。在图5所示的定位系统中，定位信号的交互方式为，定位基站BS发射定位信号，待定位装置MS接收定位信号。定位系统400中的每两个定位基站都可以构成图1所示的时钟恢复同步装置100，以利用与所述时钟恢复同步装置100相关实施例中公开的方法实现定位基站间的同步。在图5所示实施例中，定位基站BS1和BS2构成时钟恢复同步装置，定位基站BS2和BS3构成时钟恢复同步装置，定位基站BS3和BS4构成时钟恢复同步装置，定位基站BS4和BS5构成时钟恢复同步装置，定位基站BS5和BS6构成时钟恢复同步装置。下面以定位基站BS1和BS2构成的时钟恢复同步装置为例进行说明，其中，定位基站BS1向定位基站BS2发射同步信号SYN1，定位基站BS1还向待定位装置MS发射定位信号S1。在一个实施例中，定位基站BS1发射的同步信号SYN1和定位信号S1为同一信号，又在一个实施例中，定位基站BS1发射的同步信号SYN1和定位信号S1为具有已知时序关系的两路信号。在一个实施例中，所述同步信号SYN1和定位信号S1均为超宽带信号。在定位基站BS1发射的同步信号SYN1和定位信号S1为同一信号的实施例中，在实现定位基站间的同步过程中，完成了定位信号的发送，节约了系统的硬件及时间资源。

在定位标签和定位基站间交互定位信号的过程中，定位信号的接收方需获知定位信号来自哪一发送方。在一个实施例中，定位系统400为每个定位信号添加表征定位信号发送方的身份信息，又在一个实施例中，为每个定位信号分配专有的定位信号收发时隙。为减少定位信号发射装置的复杂度，以及便于定位信号接收方检测和解调定位信号，本发明以为每个定位信号分配专有的定位信号收发时隙来获知所述定位信号来自哪一发送方为例展开描述，但本领域技术人员应当理解，本发明的技术方案对于利用其他方法来获知定位信号来自哪一发送方亦是适用的。

本领域技术人员应当知晓，在一个定位周期T中，如接下来即将描述的，定位系统400中至少某些定位基站间(如接下来将要描述的同一定位基站组内的定位基站)进行过同步，它们彼此间的时钟误差较小，因此，作为一种优选实施例，可以选择彼此间进行过同步的定位基站来对待定位装置进行定位，这样获得的定位精度更高。当然，当所述待定位装置与定位基站距离相对较近，空间遮挡较少时，定位信号的传播效果较好，因此，作为另一种实施例，可选择离待定位装置距离相对较近的定位基站来对待定位装置进行定位，这样获得的定位信号到达时间差的误差较小。如图4所示，在对定位系统400中的待定位装置MS1、MS2、MS3、MS4、MS5进行定位时，根据待定位装置所处的位置，选择距离其较近的三个定位基站对其进行定位，例如，对于待定位装置MS1，优选定位基站BS1、BS2、BS4对其定位；对于待定位装置MS2，优选定位基站BS1、BS2、BS3对其定位；对于待定位装置MS3，优选定位基站BS2、BS3、BS4对其定位；对于待定位装置MS4，优选定位基站BS3、BS4、BS6对其定位；对于待定位装置MS5，优选定位基站BS4、BS5、BS6对其定位。当然，本领域技术人员应当理解，不论选择上述两种方案中的何种方案甚至其它方案，都不影响定位基站彼此间进行同步。

本发明利用定位基站向其他定位基站发送同步信号，在一个实施例中所述同步信号为无线信号，又在一个实施例中所述同步信号为超宽带信号，超宽带信号以其较高的时钟分辨力，为定位系统400带来较高的同步精度。然而受制于传播距离、空间遮挡等因素的影响，当定位系统400中的定位基站分布范围较广，或定位基站间存在空间遮挡时，某一个定位基站发射的同步信号无法被定位系统400中的所有定位基站都接收到。在如图4所示实施例中，定位基站BS1发送的同步信号只能被定位基站BS2和BS4接收到；定位基站BS2发送的同步信号只能被定位基站BS1和BS3接收到；定位基站BS3发送的同步信号只能被定位基站BS2、BS4和BS6接收到；定位基站BS4发送的同步信号只能被定位基站BS1、BS3和BS5接收到；定位基站BS5发送的同步信号只能被定位基站BS4和BS6接收到；定位基站BS6发送的同步信号只能被定位基站BS3和BS5接收到。即在定位系统400中，没有一个定位基站发送的同步信号能够被其他所有定位基站都接收到。为了能够令定位系统100中的所有定位基站都能够得到利用，本发明提供了一种多个定位基站发射同步信号的定位系统400。

图6给出图4所示实施例的定位系统400的一种工作时序示意图。图6给出了定位系统400一个定位周期T的工作时序示意图，定位系统400根据定位系统400中发射同步信号的定位基站的个数将每个定位周期T划分成了相应个数的时段。具体地，在图6所示的定位系统400中定位基站BS1-BS6均发送同步信号，定位系统100按照定位基站BS1-BS6发射同步信号的顺序，将定位周期T划分成了与定位基站BS1-BS6相对应的时段T1-T6，定位基站BS1-BS6分别在时段T1-T6中的对应时段内发射同步信号。

在一个实施例中，时段T1-T6中的每个时段又包含了同步时段和定位信号收发时段，例如，与定位基站BS1对应的时段T1包含了同步时段ST1和定位信号收发时段PT1。

本领域技术人员应当知晓，定位基站可能接收到多个其它定位基站发射的同步信号，例如在当前定位周期定位基站BS4可以接收到定位基站BS1发射的同步信号SYN1，也可以接收到定位基站BS3发射的同步信号SYN3，定位基站BS4可以根据系统需要响应同步信号SYN1和/或SYN3，实现时钟同步。

基于本发明公开的时钟恢复无线同步方法，可以在没有包含高稳定度时钟的定位基站中构建与包含高稳定度时钟的定位基站相同的时钟，从而实现个定位基站间的同步，每个定位基站可以在较长的一段时间内保持上述同步，本领域技术人员可以根据系统需要定期令定位基站发送同步信号，以构建高精度时钟，或令定位基站定期响应同步信号，以修正自身时钟。即在图6所示实施例中，定位基站可以响应其它定位周期接收到的同步信号，以在当前周期并未接收到同步信号时，继续利用上次响应同步信号建立的时钟信息，而并不会对同步精度造成较大影响。解决了传输同步信号的无线线路受到突发的遮挡、干扰信号的影响，造成定位基站无法进行同步，进而无法进行定位的问题。

进入定位信号收发时段PT1后，定位基站与待定位装置间交互定位信号，定位系统400记录定位信号的到达时间信息，并利用所述到达时间信息和定位基站的位置信息，利用TDOA定位算法解算待定位装置的位置信息。

在一个实施例中，置于待定位装置上的定位标签向定位基站发射定位信号，定位基站接收所述定位信号并记录定位信号到达自身的时间信息。又在一个实施例中，所述定位基站发射定位信号，所述定位标签接收所述定位信号并记录定位信号到达自身的时间信息。

在一个实施例中，定位系统400的定位信号收发方式是待定位装置向定位基站发射定位信号，定位系统400为每个待定位装置分配专有的定位信号收发时隙，定位基站在相应的定位信号收发时隙接收到所述定位信号，这样，可以获知所述定位信号来自哪一待定位装置。

在一个实施例中，所述定位信号为超宽带定位信号。

图7给出图4所示实施例的定位系统400的另一种工作时序示意图。

图7给出了定位系统400一个定位周期T的工作时序示意图，定位周期T中包括同步时段ST和定位信号收发时段PT。与图6所示实施例不同，定位系统400的定位基站同步是在同步时段ST内实现的。定位系统400按照定位基站的布设位置，为定位基站发射同步信号排序，在图7所示实施例中，定位基站按照BS1、BS2、BS3、BS4、BS5的顺序依次发射同步信号SYN1-SYN5，除了发射同步信号SYN1的定位基站BS1之外，其他每个定位基站在响应系统为其预设的上一个定位基站发射的同步信号后，建立自身的时钟，并基于建立的时钟发射自身的同步信号。

定位基站BS1先向定位基站BS2发射同步信号SYN1，定位基站BS2在响应同步信号SYN1后建立自身的时钟，并基于建立的时钟发射自身的同步信号SYN2。如图4所示，定位基站BS4由于距离定位基站BS1较近，也可以收到同步信号SYN1，但是由于同步信号SYN1并不是其系统预设的定位基站BS3发送的同步信号，因此，不会触发定位基站BS4发送同步信号。

在一个实施例中，定位系统400中的同步信号SYN1-SYN5中分别携带表征发射该同步信号的定位基站的身份信息。在一个实施例中，所述同步信号为超宽带信号。又在一个实施例中，所述同步信号为超宽带脉冲串信号，各同步信号中的超宽带按照脉冲位置编码的方式携带身份信息。例如，同步信号中包含两个超宽带脉冲，通过设置两个超宽带脉冲间的时间间隔的不同，来表征不同的同步信号。又在一个实施例中，采用二进制启闭键控OOK对身份信息进行调制。

进入定位信号收发时段PT后，定位基站与待定位装置间交互定位信号，定位系统400记录定位信号的到达时间信息，并利用所述到达时间信息和定位基站的位置信息，利用TDOA定位算法解算待定位装置的位置信息。

图8给出图4所示实施例的定位系统400的又一种工作时序示意图。与图7所示实施例不同的是，定位系统400根据同步信号的接收情况，只选择部分定位基站发送同步信号。在图8所示实施例中，定位系统400选择定位基站BS1、BS4和BS5发射同步信号，定位基站BS4响应定位基站BS1发射的同步信号SYN1建立自身的时钟，并基于建立的时钟发射自身的同步信号SYN4，定位基站BS5响应定位基站BS4发射的同步信号SYN4建立自身的时钟，并基于建立的时钟发射自身的同步信号SYN5。从而减少同步信号的发射，缩短定位周期T的时长，提高定位刷新率。且不发射同步信号的定位基站BS2、BS3和BS6可以不具备发射同步信号所需的硬件资源，节约系统成本。

基于本发明公开的时钟恢复无线同步方法，可以在没有包含高稳定度时钟的定位基站中构建与包含高稳定度时钟的定位基站相同的时钟，从而实现个定位基站间的同步，每个定位基站可以在较长的一段时间内保持上述同步。解决了传输同步信号的无线线路受到突发的遮挡、干扰信号的影响，造成定位基站无法进行同步，进而无法进行定位的问题。

图9给出依据本发明一种实施例的定位方法900的流程图。所述定位方法900包括如下步骤：

步骤901：利用第一装置生成包括多个第一时钟脉冲的第一时钟脉冲串信号；

步骤902：利用第一装置在预设的第一时钟脉冲所表征的时刻发送第一同步信号；

步骤903：利用第二装置接收第一同步信号并根据接收到的第一同步信号生成跟踪信号，以使得跟踪信号与接收到的第一同步信号具有相同的频率和已知的相位差；

步骤904：根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号以使得第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同的频率和已知的相位差；

步骤905：使第一装置和第二装置分别与待定位装置接收和/或发射定位信号，且第一装置和第二装置根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号在预设时刻发射定位信号和/或根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号记录接收定位信号的时间信息，并解算待定位装置的位置信息。

在一个实施例中，第一装置和第二装置发射定位信号，且发送的定位信号和第一同步信号为同一信号。

在一个实施例中，第一装置每间隔n个第一时钟脉冲发送一次第一同步信号，n为大于等于0的整数，第二装置接收到多个第一同步信号后，根据间隔的第一时钟脉冲个数n产生第二时钟脉冲串信号。

又在一个实施例中，第二装置对利用第一装置和第二装置的位置信息获得的第一同步信号在第一装置和第二装置间的传输时间按照以下三种方式之一进行补偿：

(1)利用所述传输时间对接收到的第一同步信号进行补偿，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位；

(2)利用所述传输时间对跟踪信号进行补偿，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位；

(3)在根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号的过程中补偿所述传输时间，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位。

本领域技术人员应当理解，在图9所示方法中，各个步骤并非一定具有执行上的先后顺序，其可以依照其所要实现的功能来安排和其他步骤之间的相对顺序。

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 (14)

1.一种时钟恢复同步装置，包括：

已知位置的第一装置，第一装置具有第一时钟装置，以产生包括多个第一时钟脉冲的第一时钟脉冲串信号，其中，第一装置在预设的第一时钟脉冲所表征的时刻发送第一同步信号；以及

已知位置的第二装置，第二装置接收第一同步信号并根据接收到的第一同步信号生成跟踪信号，以使得跟踪信号与接收到的第一同步信号具有相同的频率和已知的相位差，第二装置根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号以使得第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同的频率和已知的相位差。

2.如权利要求1所述的时钟恢复同步装置，其中，第一装置和第二装置分别与待定位装置之间接收和/或发射定位信号，且第一装置和第二装置分别根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号在预设时刻发射定位信号和/或根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号记录接收定位信号的时间信息来解算待定位装置的位置信息。

3.如权利要求2所述的时钟恢复同步装置，其中，第一装置发送的定位信号和第一同步信号为同一信号，均为超宽带信号。

4.如权利要求1所述的时钟恢复同步装置，其中，第一装置每间隔n个第一时钟脉冲发送一次第一同步信号，n为大于等于0的整数，第二装置根据跟踪信号和间隔的第一时钟脉冲个数n产生第二时钟脉冲串信号。

5.如权利要求1所述的时钟恢复同步装置，其中，第二装置对利用第一装置和第二装置的位置信息获得的第一同步信号在第一装置和第二装置间的传输时间按照以下三种方式之一进行补偿：

(1)利用所述传输时间对接收到的第一同步信号进行补偿，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位；

(2)利用所述传输时间对跟踪信号进行补偿，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位；

(3)在根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号的过程中补偿所述传输时间，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位。

6.如权利要求1所述的时钟恢复同步装置，其中，第二装置在预设的第二时钟脉冲所表征的时刻发送第二同步信号，其中，预设的第二时钟脉冲和预设的第一时钟脉冲为定位周期中的不同脉冲。

7.如权利要求1所述的时钟恢复同步装置，其中，第二装置具有锁相环组件，根据接收到的第一同步信号产生与接收到的第一同步信号具有相同的频率和已知的相位差的跟踪信号。

8.如权利要求1所述的时钟恢复同步装置，其中，第一装置中的第一时钟装置为高精度时钟。

9.一种定位系统，包括：

已知位置的第一定位基站，第一定位基站具有第一时钟装置，以产生包括多个第一时钟脉冲的第一时钟脉冲串信号，其中，第一定位基站在预设的第一时钟脉冲所表征的时刻发送第一同步信号；

已知位置的第二定位基站，第二定位基站接收第一同步信号并根据接收到的第一同步信号生成跟踪信号，以使得跟踪信号与接收到的第一同步信号具有相同的频率和已知的相位差，第二定位基站根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号以使得第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同的频率和已知的相位差；以及

待定位装置，其中，待定位装置与第一定位基站和第二定位基站之间接收和/或发射定位信号，第一定位基站和第二定位基站分别根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号在预设时刻发射定位信号和/或根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号记录接收定位信号的时间信息来解算待定位装置的位置信息。

10.如权利要求9所述的时钟恢复同步装置，其中，第一定位基站每间隔n个第一时钟脉冲发送一次第一同步信号，n为大于等于0的整数，第二定位基站根据跟踪信号和间隔的第一时钟脉冲个数n产生第二时钟脉冲串信号。

11.如权利要求9所述的时钟恢复同步装置，其中，第二定位基站对利用第一定位基站和第二定位基站的位置信息获得的第一同步信号在第一定位基站和第二定位基站间的传输时间按照以下三种方式之一进行补偿：

(1)利用所述传输时间对接收到的第一同步信号进行补偿，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位；

(2)利用所述传输时间对跟踪信号进行补偿，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位；

(3)在根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号的过程中补偿所述传输时间，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位。

12.一种定位方法，包括：

利用第一装置生成包括多个第一时钟脉冲的第一时钟脉冲串信号；

利用第一装置在预设的第一时钟脉冲所表征的时刻发送第一同步信号；

利用第二装置接收第一同步信号并根据接收到的第一同步信号生成跟踪信号，以使得跟踪信号与接收到的第一同步信号具有相同的频率和和已知的相位差；

根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号以使得第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同的频率和和已知的相位差；

使第一装置和第二装置分别与待定位装置接收和/或发射定位信号，且第一装置和第二装置根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号在预设时刻发射定位信号和/或根据第一时钟脉冲串信号和第二时钟脉冲串信号记录接收定位信号的时间信息来解算待定位装置的位置信息。

13.如权利要求12所述的定位方法，其中，第一装置每间隔n个第一时钟脉冲发送一次第一同步信号，n为大于等于0的整数，第二装置接收到多个第一同步信号后，根据间隔的第一时钟脉冲个数n产生第二时钟脉冲串信号。

14.如权利要求12所述的定位方法，其中，第二装置对利用第一装置和第二装置的位置信息获得的第一同步信号在第一装置和第二装置间的传输时间按照以下三种方式之一进行补偿：

(1)利用所述传输时间对接收到的第一同步信号进行补偿，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位；

(2)利用所述传输时间对跟踪信号进行补偿，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位；

(3)在根据跟踪信号产生第二时钟脉冲串信号的过程中补偿所述传输时间，以使得获得的第二时钟脉冲串信号与第一时钟脉冲串信号具有相同相位。