CN110174641A - 基于时间校正的tdoa定位方法、系统、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于室内无线定位技术领域,具体涉及一种基于时间校正的TDOA定位方法、系统、装置,旨在解决TDOA定位功耗大、定位时间同步精度不高的问题。本系统方法包括基于主基站和多个从基站之间时间校正消息的发送时间、到达时间、预设发送间隔,计算时钟漂移,并利用二维卡尔曼滤波方法消除时钟漂移的误差;根据无线卡片发送定位消息时间、各从基站接收时间及消除误差后的时钟漂移,校正各从基站接收到定位消息的时间;计算主基站和校正后的各从基站接收到定位消息的时间差,根据时间差计算卡片到主、各从基站的距离差并构建双曲线方程,求解多个双曲线方程获取无线卡片的位置。本发明降低了TDOA定位的功耗,提高了定位时间同步的精度。
Description
技术领域
本发明属于室内无线定位技术领域,具体涉及一种基于时间校正的TDOA定位方法、系统、装置。
背景技术
目前基于时间的无线定位方式主要有到达时间(TOA)和到达时间差(TDOA)两种。TOA定位,指测量卡片到基站的到达时间乘以电磁波速率,得到卡片和基站之间的距离,从而实现定位。而实际上,由于TOA定位需要卡片和所有基站具有相同的时钟基准的限制,常常使用双向TOA的方式,即卡片向基站发送一个消息包,基站经过一定延时后回复一个应答消息包。此方法可以避免进行卡片和基站间的时间同步,但是要求卡片既可发送又可接收。多次的卡片和基站之间的消息交互将导致系统功耗增加以及系统容量降低,对于高密度低功耗的实时定位系统,并不适用。
TDOA定位,指测量卡片到两个基站的到达时间差乘以电磁波速率,得到卡片到两个基站的距离差,建立双曲线方程完成定位。值得说明的是,TDOA定位实施的前提是基站之间必须进行时间同步,否则不同时钟基准下的到达时间做差,带入定位算法中会使定位误差大大增加。现有的无线时间同步方法多着重协议的设计和对网络的考虑,同步精度大多在微秒级。而在定位场景中,时间同步的结果直接影响定位精度,1ns的时间误差对应30cm的距离误差,因此微秒级的时间同步精度远不能满足定位的需求。
此外,非视距一直是影响定位精度的一个重要因素。由于非视距环境使得信号经过反射、衍射或穿越障碍物等方式到达接收节点,传播时间产生一个正向延迟,无论是定位算法还是时间同步算法,都会受此影响而性能下降,最终表现为定位精度相比视距环境大大下降。而现有的许多定位方法中都避免涉及非视距,常常要求基站和卡片射频信号视距可见,但在复杂的室内环境常常不满足。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题,即为了解决TDOA定位功耗大、定位时间同步精度不高的问题,本发明第一方面,提出了一种基于时间校正的TDOA定位方法,该方法包括:
步骤S10,基于主基站和多个从基站之间时间校正消息的发送时间、到达时间、预设发送间隔,计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移,并利用二维卡尔曼滤波方法消除所述时钟漂移的误差;
步骤S20,根据设置于定位对象上的无线卡片发送定位消息的发送时间、各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间、所述消除误差后的时钟漂移,校正各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间;
步骤S30,将所述主基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第一时间,将所述校正后的从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第二时间,分别计算第一时间与各从基站对应的第二时间的时间差;
根据各所述时间差,计算所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并构建其对应的双曲线方程;将得到的多个所述双曲线方程构成双曲线方程组,求解得到所述无线卡片的位置。
在一些优选的实施方式中,步骤S10中“计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移”,对任一从基站,其计算方法为:
其中,δ为时钟漂移,T1A和T3A为主基站A的时间校正消息的发送时间,T2B和T4B为从基站B的时间校正消息到达时间,T校正为预设发送间隔。
在一些优选的实施方式中,步骤S10中“利用二维卡尔曼滤波方法消除所述时钟漂移的误差”,对任一从基站,通过状态方程和观测方程消除误差;所述观测方程为:
所述状态方程为:
其中,为k时刻的状态变量,tTOA(k)为k时刻对应从基站接收到时间校正消息的到达时间,δ(k)为k时刻对应从基站相对于所述主基站的时钟漂移,tTOA(k-1)为k-1时刻对应从基站接收到时间校正消息的到达时间,δ(k-1)为k-1时刻对应从基站相对于所述主基站的时钟漂移。
在一些优选的实施方式中,步骤S20中“校正各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间”,其计算方法为:
其中,T3B校正前为T3时刻定位消息到达从基站B未经校正的到达时间,T3B校正后为T3时刻定位消息到达从基站B校正后的到达时间,μT3为T3时刻从基站时间和真实时间之间的绝对误差,T0B为无线卡片向所有基站发送定位消息的对应从基站B的时钟时间。
在一些优选的实施方式中,对任一从基站对应的距离差,步骤S30中“计算所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并构建其对应的双曲线方程”,其方法为:根据所述时间差和电磁波传播速率,得到所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并以所述主基站和所述对应从基站的位置为焦点构成双曲线方程。
在一些优选的实施方式中,所述时钟漂移的误差的选用区间为[0.01ns,1ns]。
在一些优选的实施方式中,所述从基站的数量不少于3个。
本发明的第二方面,提出了一种基于时间校正的TDOA定位系统,该系统包括计算时间漂移模块、校正模块、输出位置模块;
所述的计算时间漂移模块,配置为基于主基站和多个从基站之间时间校正消息的发送时间、到达时间、预设发送间隔,计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移,并利用二维卡尔曼滤波方法消除所述时钟漂移的误差;
所述的校正模块,配置为根据设置于定位对象上的无线卡片发送定位消息的发送时间、各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间、所述消除误差后的时钟漂移,校正各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间;
所述的输出位置模块,配置为将所述主基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第一时间,将所述校正后的从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第二时间,分别计算第一时间与各从基站对应的第二时间的时间差;
根据各所述时间差,计算所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并构建其对应的双曲线方程;将得到的多个所述双曲线方程构成双曲线方程组,求解得到所述无线卡片的位置。
本发明的第三方面,提出了一种存储装置,其中存储有多条程序,所述程序应用由处理器加载并执行以实现上述的基于时间校正的TDOA定位方法。
本发明的第四方面,提出了一种处理设置,包括处理器、存储装置;处理器,适用于执行各条程序;存储装置,适用于存储多条程序;所述程序适用于由处理器加载并执行以实现上述的基于时间校正的TDOA定位方法。
本发明的有益效果:
本发明降低了TDOA定位的功耗,并提高了定位时间同步的精度。本发明中通过卡尔曼滤波消除从基站相对于主基站的时钟漂移的误差,将其用于定位计算中输入值的校正,但并不纠正从基站的本地时钟,降低了计算复杂度。并在TDOA定位中只需要无线卡片周期性的广播发送定位消息,在一个周期内设置极短的通信窗口发送消息,其余时间均处于休眠状态,不仅减少了通信次数,降低了功耗。
附图说明
通过阅读参照以下附图所做的对非限制性实施例所做的详细描述,本申请的其他特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明一种实施例的基于时间校正的TDOA定位方法的流程示意图;
图2是本发明一种实施例的基于时间校正的TDOA定位系统的框架示意图;
图3是本发明一种实施例的主基站向对应从基站发送时间校正消息的时序示例图;
图4本发明一种实施例的无线卡片向主基站和对应从基站发送定位消息的时序示例图。
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,下面将结合附图对本发明实施例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。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的基于时间校正的TDOA定位方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤S10,基于主基站和多个从基站之间时间校正消息的发送时间、到达时间、预设发送间隔,计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移,并利用二维卡尔曼滤波方法消除所述时钟漂移的误差;
步骤S20,根据设置于定位对象上的无线卡片发送定位消息的发送时间、各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间、所述消除误差后的时钟漂移,校正各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间;
步骤S30,将所述主基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第一时间,将所述校正后的从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第二时间,分别计算第一时间与各从基站对应的第二时间的时间差;
根据各所述时间差,计算所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并构建其对应的双曲线方程;将得到的多个所述双曲线方程构成双曲线方程组,求解得到所述无线卡片的位置。
为了更清晰地对本发明基于时间校正的TDOA定位方法进行说明,下面结合附图对本发明方法一种实施例中各步骤进行展开详述。
步骤S10,基于主基站和多个从基站之间时间校正消息的发送时间、到达时间、预设发送间隔,计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移,并利用二维卡尔曼滤波方法消除所述时钟漂移的误差。
本实施例中,以基站精确的硬件时间戳为条件,用卡尔曼滤波模型的实时迭代方法得到当前时刻各从基站相对于主基站的时钟漂移。该过程的时序图如图3所示。为方便叙述,本实施例只取一个主基站和一个从基站进行说明。图中每一个点都对应主基站A和从基站B处各自的一个时刻,分别用下标区分属于哪个基站,例如T1A为T1时刻下主基站A的表示,实心点表示已知时刻,空心点表示未知时刻。在图中T0时刻,认为主基站A和从基站B时刻相同,不存在时钟偏移。由此可以建立从基站相对于主基站的时钟漂移与各个时刻点的关系,如公式(1)所示:
其中,T1A和T3A为主基站A的时间校正消息发送时间,T2B和T4B为从基站B的时间校正消息到达时间,T校正预设发送间隔,δ为从基站相对于主基站的时钟漂移。
k时刻从基站接收到时间校正消息的到达时间的计算方法如公式(2)所示:
tTOA(k)=tTOA(k-1)+δ(k)×T校正+T校正 (2)
k时刻从基站相对于所述主基站的时钟漂移的计算方法如公式(3)所示:
δ(k)=δ(k-1) (3)
k时刻的观测值如公式(4)所示:
z(k)=tTOA(k) (4)
其物理含义分别表示如下:公式(2)为从基站当前时刻的到达时间等于上一时刻的到达时间加上时间校正周期与从基站实际变化速率的乘积,公式(3)为从基站当前时刻的时钟漂移理论上等于上一时刻的时钟漂移,公式(4)为从基站当前时刻的到达时间测量值等于当前时刻的到达时间状态值。
以从基站相对于主基站的时钟漂移和时间校正消息到达时间为状态量,同时以时间校正消息到达时间为观测量,建立二维卡尔曼滤波模型如公式(5)(6)所示:
其中,其中,z(k)为k时刻从基站相对于主基站的的观测值,为k时刻的状态变量,tTOA(k)为k时刻对应从基站接收到时间校正消息的到达时间,δ(k)为k时刻对应从基站相对于所述主基站的时钟漂移,T校正为预设发送间隔,tTOA(k-1)为k-1时刻对应从基站接收到时间校正消息的到达时间,δ(k-1)为k-1时刻对应从基站相对于所述主基站的时钟漂移。
由此,可以通过卡尔曼滤波过程实时迭代出当前时刻从基站相对于主基站的时钟漂移,用于消除误差,用以后续步骤的到达时间校正。
除此之外,为了消除从基站相对主基站的时钟漂移误差,根本上解决非视距环境对TDOA定位精度的影响,从基站获取时钟漂移环节中,当时钟漂移经卡尔曼滤波达到收敛后,会继续判断当前时刻时钟漂移是否由于非视距环境而发生变化,如有,则进行限幅滤波,使从基站时钟漂移维持在正常范围,从而避免将非视距误差带入后续定位算法中。
在没有人体阻挡时,时间同步误差可以维持在0.01ns-0.1ns,但是在有人体阻挡基站时,同步精度有所下降,同步误差甚至达到10ns。而本专利提出的时间同步方法在有人体阻挡时,同步误差维持在1ns数量级。这是因为在本定位方法的时间同步算法中加入了抗人体干扰的限幅滤波,对时钟漂移的差值有范围限制,如果超出阈值,则用上一次的历史值代替。通过时间同步性能分析,可以看出提出的用卡尔曼滤波实现的时间同步方法,能达到纳秒及以下的同步精度,并对非视距干扰和同步周期的变化具有强鲁棒性。
步骤S20,根据设置于定位对象上的无线卡片发送定位消息的发送时间、各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间、所述消除误差后的时钟漂移,校正各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间。
在本实施例中,校正从基站到达时间,所涉及的过程是卡片周期性的发送定位消息,在从基站端利用步骤S10的时间漂移校正卡片定位消息到达从基站的到达时间。该过程的时序图如图4所示,图中每一个点都对应无限卡片、主基站A和从基站B处各自的一个时刻,分别用下标区分,例如T1A为T1时刻下主基站A的表示,实心点表示已知时刻,空心点表示未知时刻,同样这里只说明一个主基站和一个从基站。其中,图3中的T校正和图4中的T定位,即主基站发送时间校正消息周期和卡片发送定位消息的周期的大小可以一致,也可以不一致,不影响结果。此处认为卡片的时钟和主基站A的时钟是一致的,不考虑卡片和基站之间的时钟偏差,同时认为定位消息过程的初始时刻T0和时间校正消息的初始时刻T0是相同的。由此可以建立从基站端定位消息到达时间的校正方法如公式(7)所示:
其中,T3B校正前为T3时刻定位消息到达从基站B未经校正的到达时间,T3B校正后为T3时刻定位消息到达从基站B校正后的到达时间,μT3为T3时刻从基站时间和真实时间之间的绝对误差,T0B为无线卡片向所有基站发送定位消息的对应从基站B的时钟时间。
步骤S30,将所述主基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第一时间,将所述校正后的从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第二时间,分别计算第一时间与各从基站对应的第二时间的时间差;
根据各所述时间差,计算所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并构建其对应的双曲线方程;将得到的多个所述双曲线方程构成双曲线方程组,求解得到所述无线卡片的位置。
在本实施例中,各从基站得到校正后的无线卡片定位消息到达时间,与主基站接收到无线卡片定位消息的到达时间一并发送至上位机,上位机计算主基站和每一个从基站的到达时间差,乘以电磁波传播速率,得到卡片与主基站和各从基站的距离差。以主基站和各从基站位置为焦点做双曲线,多个基站构成双曲线方程组,由于双曲线方程组为非线性方程组,因此将其整理转换为线性方程,将其表示为具有解析表达式的形式,求得卡片的位置。本实施例中的上位机只是实施例中的一种计算方式,可以通过其他的软硬件进行计算。
本发明第二实施例的一种基于时间校正的TDOA定位系统,如图2所示,包括:计算时间漂移模块100、校正模块200、输出位置模块300;
计算时间漂移模块100,配置为基于主基站和多个从基站之间时间校正消息的发送时间、到达时间、预设发送间隔,计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移,并利用二维卡尔曼滤波方法消除所述时钟漂移的误差;
校正模块200,配置为根据设置于定位对象上的无线卡片发送定位消息的发送时间、各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间、所述消除误差后的时钟漂移,校正各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间;
输出位置模块300,配置为将所述主基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第一时间,将所述校正后的从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第二时间,分别计算第一时间与各从基站对应的第二时间的时间差;
根据各所述时间差,计算所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并构建其对应的双曲线方程;将得到的多个所述双曲线方程构成双曲线方程组,求解得到所述无线卡片的位置。
所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统的具体的工作过程及有关说明,可以参考签署方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
需要说明的是,上述实施例提供的基于时间校正的TDOA定位系统,仅以上述各功能模块的划分进行举例说明,在实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成,即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合,例如,上述实施例的模块可以合并为一个模块,也可以进一步拆分成多个子模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称,仅仅是为了区分各个模块或者步骤,不视为对本发明的不当限定。
本发明第三实施例的一种存储装置,其中存储有多条程序,所述程序适用于由处理器加载并实现上述的基于时间校正的TDOA定位方法。
本发明第四实施例的一种处理装置,包括处理器、存储装置;处理器,适于执行各条程序;存储装置,适于存储多条程序;所述程序适于由处理器加载并执行以实现上述的基于时间校正的TDOA定位方法。
所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到,未描述的方便和简洁,上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明,可以参考签署方法实例中的对应过程,在此不再赘述。
本领域技术人员应该能够意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其它要素,或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于时间校正的TDOA定位方法,其特征在于,该方法包括:
步骤S10,基于主基站和多个从基站之间时间校正消息的发送时间、到达时间、预设发送间隔,计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移,并利用二维卡尔曼滤波方法消除所述时钟漂移的误差;
步骤S20,根据设置于定位对象上的无线卡片发送定位消息的发送时间、各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间、所述消除误差后的时钟漂移,校正各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间;
步骤S30,将所述主基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第一时间,将所述校正后的从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第二时间,分别计算第一时间与各从基站对应的第二时间的时间差;
根据各所述时间差,计算所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并构建其对应的双曲线方程;将得到的多个所述双曲线方程构成双曲线方程组,求解得到所述无线卡片的位置。
2.根据权利要求1所述的基于时间校正的TDOA定位方法,其特征在于,步骤S10中“计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移”,对任一从基站,其计算方法为:
其中,δ为时钟漂移,T1A和T3A为主基站A的时间校正消息的发送时间,T2B和T4B为从基站B的时间校正消息到达时间,T校正为预设发送间隔。
3.根据权利要求1和2所述的基于时间校正的TDOA定位方法,其特征在于,步骤S10中“利用二维卡尔曼滤波方法消除所述时钟漂移的误差”,对任一从基站,通过状态方程和观测方程消除误差;所述观测方程为:
所述状态方程为:
其中,z(k)为k时刻从基站相对于主基站的的观测值,为k时刻的状态变量,tTOA(k)为k时刻对应从基站接收到时间校正消息的到达时间,δ(k)为k时刻对应从基站相对于所述主基站的时钟漂移,tTOA(k-1)为k-1时刻对应从基站接收到时间校正消息的到达时间,δ(k-1)为k-1时刻对应从基站相对于所述主基站的时钟漂移。
4.根据权利要求1所述的基于时间校正的TDOA定位方法,其特征在于,步骤S20中“校正各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间”,其计算方法为:
T3B校正后=T3B校正前-μT3
=T3B校正前-(T3B校正前-T0B)×δ
=T3B校正前×(1-δ)+T0B×δ
其中,T3B校正前为T3时刻定位消息到达从基站B未经校正的到达时间,T3B校正后为T3时刻定位消息到达从基站B校正后的到达时间,μT3为T3时刻从基站时间和真实时间之间的绝对误差,T0B为无线卡片向所有基站发送定位消息的对应从基站B的时钟时间。
5.根据权利要求1所述的基于时间校正的TDOA定位方法,其特征在于,对任一从基站对应的距离差,步骤S30中“计算所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并构建其对应的双曲线方程”,其方法为:根据所述时间差和电磁波传播速率,得到所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并以所述主基站和所述对应从基站的位置为焦点构成双曲线方程。
6.根据权利要求1所述的基于时间校正的TDOA定位方法,其特征在于,所述时钟漂移的误差的选用区间为[0.01ns,1ns]。
7.根据权利要求1所述的基于时间校正的TDOA定位方法,其特征在于,所述从基站的数量不少于3个。
8.一种基于时间校正的TDOA定位系统,其特征在于,该系统包括计算时间漂移模块、校正模块、输出位置模块;
所述的计算时间漂移模块,配置为基于主基站和多个从基站之间时间校正消息的发送时间、到达时间、预设发送间隔,计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移,并利用二维卡尔曼滤波方法消除所述时钟漂移的误差;
所述的校正模块,配置为根据设置于定位对象上的无线卡片发送定位消息的发送时间、各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间、所述消除误差后的时钟漂移,校正各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间;
所述的输出位置模块,配置为将所述主基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第一时间,将所述校正后的从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第二时间,分别计算第一时间与各从基站对应的第二时间的时间差;
根据各所述时间差,计算所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差,并构建其对应的双曲线方程;将得到的多个所述双曲线方程构成双曲线方程组,求解得到所述无线卡片的位置。
9.一种存储装置,其中存储有多条程序,其特征在于,所述程序应用由处理器加载并执行以实现权利要求1-7任一项所述的基于时间校正的TDOA定位方法。
10.一种处理设置,包括处理器、存储装置;处理器,适用于执行各条程序;存储装置,适用于存储多条程序;其特征在于,所述程序适用于由处理器加载并执行以实现权利要求1-7任一项所述的基于时间校正的TDOA定位方法。
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110972094A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-07 | 中国科学院测量与地球物理研究所 | 室内混合稀疏los/nlos场景下的l0范数定位方法 |
CN111132303A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 苏州寻息电子科技有限公司 | 一种低功耗高实时性的无线下行通信方法 |
CN111830463A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-10-27 | 广州南方卫星导航仪器有限公司 | 一种基于tdoa的定位系统、方法及存储介质 |
CN112379328A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-02-19 | 西安电子科技大学 | 一种鲁棒式低功耗tdoa定位方法及鲁棒式中值过滤器 |
CN112748395A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-05-04 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | 一种基于dsp的时差数据匹配方法 |
CN113038364A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-06-25 | 杨亦非 | 一种基于uwb技术的tdoa与ds_twr结合的井下二维定位方法 |
CN113163485A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-23 | 电子科技大学 | 一种大范围复杂室内环境中精确定位的方法 |
CN113329492A (zh) * | 2021-08-04 | 2021-08-31 | 深圳市海豚科技创新有限公司 | 基于tdoa的定位方法、装置、计算机设备及存储介质 |
CN113890667A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-01-04 | 天津七一二通信广播股份有限公司 | 反向积分滤波往返校时方法与系统 |
CN114126042A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-03-01 | 中大检测(湖南)股份有限公司 | 一种基于tdoa的wlan定位方法 |
CN114513747A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-17 | 长沙驰芯半导体科技有限公司 | 一种uwb定位网络跨区域时钟同步的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1306708A (zh) * | 1998-04-24 | 2001-08-01 | 艾利森电话股份有限公司 | 用于蜂窝通信系统中移动台定位的绝对时间同步 |
US20100118858A1 (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-13 | Symbol Technologies, Inc. | Method and apparatus for locationing an object in a communication network |
US8249049B2 (en) * | 2009-03-17 | 2012-08-21 | Cisco Technology, Inc. | Clock synchronization |
CN102762999A (zh) * | 2009-12-10 | 2012-10-31 | 诺泰网络有限公司 | 通过计算用于补偿未同步网络站时钟偏移的校正因数的基于tdoa的定位 |
CN109073732A (zh) * | 2016-05-25 | 2018-12-21 | 株式会社村田制作所 | 位置检测系统以及位置检测方法 |
-
2019
- 2019-06-14 CN CN201910517179.0A patent/CN110174641A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1306708A (zh) * | 1998-04-24 | 2001-08-01 | 艾利森电话股份有限公司 | 用于蜂窝通信系统中移动台定位的绝对时间同步 |
US20100118858A1 (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-13 | Symbol Technologies, Inc. | Method and apparatus for locationing an object in a communication network |
US8249049B2 (en) * | 2009-03-17 | 2012-08-21 | Cisco Technology, Inc. | Clock synchronization |
CN102762999A (zh) * | 2009-12-10 | 2012-10-31 | 诺泰网络有限公司 | 通过计算用于补偿未同步网络站时钟偏移的校正因数的基于tdoa的定位 |
CN109073732A (zh) * | 2016-05-25 | 2018-12-21 | 株式会社村田制作所 | 位置检测系统以及位置检测方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
BO YOU等: "A Kalman-filter-based wireless clock synchronization method in indoor localization", 《PROC. SPIE 10033, EIGHTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON DIGITAL IMAGE PROCESSING (ICDIP 2016)》 * |
何杰: "《物流信息技术》", 31 August 2017, 东南大学出版社 * |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110972094A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-07 | 中国科学院测量与地球物理研究所 | 室内混合稀疏los/nlos场景下的l0范数定位方法 |
CN111132303A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 苏州寻息电子科技有限公司 | 一种低功耗高实时性的无线下行通信方法 |
CN111830463A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-10-27 | 广州南方卫星导航仪器有限公司 | 一种基于tdoa的定位系统、方法及存储介质 |
CN111830463B (zh) * | 2020-06-02 | 2023-02-21 | 广州南方卫星导航仪器有限公司 | 一种基于tdoa的定位系统、方法及存储介质 |
CN112379328A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-02-19 | 西安电子科技大学 | 一种鲁棒式低功耗tdoa定位方法及鲁棒式中值过滤器 |
CN112379328B (zh) * | 2020-10-12 | 2024-05-17 | 西安电子科技大学 | 一种鲁棒式低功耗tdoa定位方法及鲁棒式中值过滤器 |
CN112748395B (zh) * | 2020-12-21 | 2022-05-13 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | 一种基于dsp的时差数据匹配方法 |
CN112748395A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-05-04 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | 一种基于dsp的时差数据匹配方法 |
CN113038364A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-06-25 | 杨亦非 | 一种基于uwb技术的tdoa与ds_twr结合的井下二维定位方法 |
CN113038364B (zh) * | 2021-02-25 | 2024-05-03 | 王学慧 | 一种基于uwb技术的tdoa与ds_twr结合的井下二维定位方法 |
CN113163485A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-23 | 电子科技大学 | 一种大范围复杂室内环境中精确定位的方法 |
CN113329492B (zh) * | 2021-08-04 | 2021-11-19 | 深圳市海豚科技创新有限公司 | 基于tdoa的定位方法、装置、计算机设备及存储介质 |
CN113329492A (zh) * | 2021-08-04 | 2021-08-31 | 深圳市海豚科技创新有限公司 | 基于tdoa的定位方法、装置、计算机设备及存储介质 |
CN114126042A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-03-01 | 中大检测(湖南)股份有限公司 | 一种基于tdoa的wlan定位方法 |
CN113890667A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-01-04 | 天津七一二通信广播股份有限公司 | 反向积分滤波往返校时方法与系统 |
CN114513747A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-17 | 长沙驰芯半导体科技有限公司 | 一种uwb定位网络跨区域时钟同步的方法 |
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