CN110505685A - 基于卫星定位系统的基站校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于卫星定位系统的基站校准方法及装置，涉及定位技术领域。在本申请实施例的基站校准方法中，可以由卫星定位系统提供的授时信号作为定位基站发送校准信号的时间基准，在室外环境或不便进行线路布置的定位场景中，通过计算校准时长和延时时长等参数实现定位基站的时间同步，可以不必进行复杂的有线线路布置。此外，由于卫星定位系统提供的授时信号覆盖范围广且授时精度高，可以显著的提升多个定位基站的校准效率，减少线路布置的工作量，从而提高UWB定位系统的时间同步效率。通过基于卫星定位系统授时信号对定位基站进行校准，使得多个定位基站可以采用无线通信的方式实现精确的时间同步。

Description

基于卫星定位系统的基站校准方法及装置

技术领域

本申请涉及定位技术领域，具体而言，涉及基于卫星定位系统的基站校准方法及装置。

背景技术

UWB(Ultra Wideband，超宽带)是一种无线载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。在现有技术中，可以基于UWB信号进行终端的定位。在包括多个定位基站的UWB定位系统中，需要系统中的各个定位基站工作在同一时间基准下，在对定位基站进行时间同步时，通常采用有线或无线的方式将各个定位基站相连接。在这样的系统中，需要为系统配置专门的同步控制终端，而如果在室外或空间较大的定位场景中，很难进行有线线路的布置，同时无线同步的方式也容易受到遮挡，使得对定位系统进行时间同步配置的效率很低。

发明内容

为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的之一在于提供一种基于卫星定位系统的基站校准方法及装置。

本申请提供的技术方案如下：

一种基于卫星定位系统的基站校准方法，应用于UWB定位系统中的定位基站，所述UWB定位系统包括形成闭环通信连接的多个定位基站，该方法包括：

接收上一级定位基站基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号而发送的第一UWB校准信号；

计算基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号向下一级定位基站发送第二UWB校准信号的时刻与接收到所述第一UWB校准信号的时刻之间的校准时长；

根据接收到的授时信号、校准时长以及与上一级定位基站之间的距离，计算所述定位基站与所述上一级定位基站之间的延时时长；

根据所述延时时长，对所述定位基站发送UWB定位信号或接收所述UWB定位信号的时刻进行校准。

进一步地，计算基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号向下一级定位基站发送第二UWB校准信号的时刻与接收到所述第一UWB校准信号的时刻之间的校准时长的步骤包括：

在检测到所述授时信号的上升沿时，向下一级定位基站发送所述UWB校准信号，并同时进行校准计时；

在接收到所述上一级定位基站发送的UWB校准信号时，停止所述校准计时，将校准计时的时长作为所述校准时长。

进一步地，根据所述授时信号、校准时长以及与上一级定位基站之间的预设距离，计算所述定位基站与所述上一级定位基站之间的延时时长的步骤包括：

根据所述授时信号的频率，计算所述授时信号的授时周期；

计算所述校准时长与预设整数倍的授时周期及所述上一级定位基站传输信号到所述定位基站所需时长之间的差值，得到所述延时时长。

进一步地，根据所述延时时长，对所述定位基站发送UWB定位信号的时刻进行校准的步骤包括：

当所述定位基站需要发送所述UWB定位信号时，将发送所述UWB定位信号的时刻向后延时所述延时时长后，进行所述UWB定位信号的发送。

进一步地，所述UWB定位系统还包括至少一个定位标签，所述定位标签用于接收所述UWB定位信号，该方法还包括：

将所述延时时长发送至所述定位标签，以使所述定位标签根据所述延时时长对接收到UWB定位信号的时刻进行修正。

本申请还提供了一种基于卫星定位系统的基站校准装置，应用于UWB定位系统中的定位基站，所述UWB定位系统包括形成闭环通信连接的多个定位基站，该基站校准装置包括：

校准信号接收模块，用于接收上一级定位基站基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号而发送的第一UWB校准信号；

校准时长计算模块，用于计算基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号向下一级定位基站发送第二UWB校准信号的时刻与接收到所述第一UWB校准信号的时刻之间的校准时长；

延时时长计算模块，用于根据接收到的授时信号、校准时长以及与上一级定位基站之间的距离，计算所述定位基站与所述上一级定位基站之间的延时时长；

校准模块，用于根据所述延时时长，对所述定位基站发送UWB定位信号或接收所述UWB定位信号的时刻进行校准。

进一步地，所述校准时长计算模块用于：

在检测到所述授时信号的上升沿时，向下一级定位基站发送所述UWB校准信号，并同时进行校准计时；

在接收到所述上一级定位基站发送的UWB校准信号时，停止所述校准计时，将校准计时的时长作为所述校准时长。

进一步地，延时时长计算模块用于：

根据所述授时信号的频率，计算所述授时信号的授时周期；

计算所述校准时长与预设整数倍的授时周期及所述上一级定位基站传输信号到所述定位基站所需时长之间的差值，得到所述延时时长。

进一步地，所述校准模块用于：

当所述定位基站需要发送所述UWB定位信号时，将发送所述UWB定位信号的时刻向后延时所述延时时长后，进行所述UWB定位信号的发送。

进一步地，所述UWB定位系统还包括至少一个定位标签，所述定位标签用于接收所述UWB定位信号，该基站校准装置还包括：

延时时长发送模块，用于将所述延时时长发送至所述定位标签，以使所述定位标签根据所述延时时长对接收到UWB定位信号的时刻进行修正。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：本申请实施例中的基站校准方法中，可以由卫星定位系统提供的授时信号作为定位基站发送校准信号的时间基准，在室外环境或不便进行线路布置的定位场景中，通过计算校准时长和延时时长等参数实现定位基站的时间同步，可以不必进行复杂的有线线路布置。此外，由于卫星定位系统提供的授时信号覆盖范围广且授时精度高，可以显著的提升多个定位基站的校准效率，减少线路布置的工作量，从而提高UWB定位系统的时间同步效率。通过基于卫星定位系统授时信号对定位基站进行校准，使得多个定位基站可以采用无线通信的方式实现精确的时间同步。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于卫星定位系统的基站校准方法中UWB定位系统的示意图。

图2为本申请实施例提供的一种基于卫星定位系统的基站校准方法的流程示意图。

图3为本申请实施例提供的一种基于卫星定位系统的基站校准方法中UWB定位系统的另一示意图。

图4为本申请实施例提供的一种基于卫星定位系统的基站校准装置的示意图。

图标：10-UWB定位系统；100-定位基站；200-定位标签；101-基站校准装置；111-校准信号接收模块；112-校准时长计算模块；113-延时时长计算模块；114-校准模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一级附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例提供了一种基于卫星定位系统的基站校准方法，应用于图1所示的UWB定位系统10中的定位基站100，所述UWB定位系统10包括多个形成闭环通信连接的定位基站100。在UWB定位系统10中，为了实现对待定位的定位终端的准确定位，需要各个定位基站100处于相同的时间基准下，如果各个定位基站100的时间基准存在误差，就会导致在采用TOA(Time of Arrival，到达时间)、TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)等算法对定位终端进行位置解算时，解算出的位置与定位终端的实际位置就会存在较大偏差。只有各个定位基站100的处于相同的时间基准下，一般要求各个定位基站100的时间同步误差达到纳米级以下，才能保证在解算定位终端的位置信息时可以得到精确的时间差值。

面对需要进行时间同步的场景，可以采用UWB同步装置与多个定位基站100连接，UWB同步装置可以生成时钟同步信号，实现对与其连接的多个定位基站100的时间同步。面对时间同步要求高的情况，如果采用一个UWB同步装置分别与每一个定位基站100有线连接的配置，那么在室外或其他开阔场地，多个定位基站100需要布置在较大的空间中，进行线路布置的成本和难度很大，在室外环境下甚至无法进行线路的布置。而如果UWB同步装置采用无线通信的方式与定位基站100通信，如果由于现场环境导致某一个定位基站100没有接收到时钟同步信号，那么整个UWB定位系统10都将无法处于时间同步的状态，从而对UWB定位系统10的整体定位功能和定位精度都造成影响。

有鉴于此，本申请通过采用基于卫星定位系统的基站校准方法，可以提高多个定位基站100的时间同步效率。如图2所示，该方法包括以下步骤。

步骤S101，接收上一级定位基站基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号而发送的第一UWB校准信号。

在本申请实施例中，UWB定位系统10中可以不设置独立的同步控制终端，各个定位基站100上可以配置有用于接收卫星定位系统的授时信号的接收模块，或者可以与能够接收到授时信号的装置相连接。卫星定位系统可以为全球定位系统GPS、北斗卫星系统或其他形式的卫星定位系统，本申请实施例对此并不做出限制，卫星定位系统中的通信卫星可以向地面广播高精度的授时信号，卫星定位系统广播的授时信号具有一定的频率，例如通过全球定位系统GPS广播的授时信号可以提取到5MHz的时钟信号。

定位基站100在接收到授时信号后，可以在提取到所述授时信号的上升沿时，向下一级定位基站发送所述UWB校准信号。本申请实施例中的多个定位基站100可以采用环形拓扑连接的方式，一个定位基站100可以接收上一级定位基站发送的第一UWB校准信号，并可以向下一级定位基站发送第二UWB校准信号。对于一个定位基站100来说，其接收到的UWB校准信号都作为第一UWB校准信号，其向外发送的UWB校准信号作为与第一UWB校准信号不同的第二UWB校准信号，某一定位基站100向外发送的第二UWB校准信号被其他定位基站100接收到后，其他定位基站100就将该第二UWB校准信号作为本基站的第一UWB校准信号。本申请实施例中的多个定位基站100可以采用无线通信的方式连接成闭环。

步骤S102，计算基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号向下一级定位基站发送第二UWB校准信号的时刻与接收到所述第一UWB校准信号的时刻之间的校准时长。

一定位基站100在工作过程中，可以在接收到授时信号后，向下一级定位基站发送UWB校准信号，由于信号的传输存在延时等因素，该定位基站100接收到上一级定位基站发送的UWB校准信号的时刻一般要晚于向下一级定位基站发送UWB校准信号的时刻。因此，某一定位基站100可以在向下一级定位发送第二UWB校准信号的同时，开始计时；并在接收到其他定位基站100发送的第一UWB校准信号时，停止计时；计时的时间段即为所述校准时长。

步骤S103，根据接收的授时信号、校准时长以及与上一级定位基站之间的距离，计算所述定位基站100与所述上一级定位基站之间的延时时长。

在本申请实施例中，校准时长与延时时长具有以下算数关系：T0＝N*T+tc，其中T0为校准时长，T为授时信号的授时周期，N为预设整数，tc。其中，授时周期可以根据授时信号的授时频率得到，例如，授时信号的授时频率为5MHz，其授时周期即为200ns。tc＝T1+T2，其中，T1为上一级定位基站传输信号到所述定位基站100所需的时长，一般可采用两个基站之间的距离与光速的商，两个基站之间的距离可以是预先设定的，T2为所述延时时长。通过上述算式，就可以计算得到延时时长，该延时时长是本定位基站100与上一级定位基站基于授时信号的相位差。可以理解的是，在上述计算公式中，需要将各个参数统一至相同的量纲下。

步骤S104，根据所述延时时长，对所述定位基站100发送UWB定位信号或接收所述UWB定位信号的时刻进行校准。

在计算得到延时时长后，就可以在所述定位基站100需要发送所述UWB定位信号时，将发送所述UWB定位信号的时刻向后延时所述延时时长后，再进行所述UWB定位信号的发送。在本申请实施例中，定位基站100可以向外发送UWB定位信号，其他定位标签200在接收到多个定位基站100发送的UWB定位信号后，且由于接收到不同基站发送的UWB定位信号的时刻不同，从而可以采用TOA、TDOA等算法，计算出定位标签200与定位基站100的相对位置，从而可以确定定位标签200的具体位置，完成定位标签200的定位。在定位基站100发送UWB定位信号，定位标签200作为接收方的系统架构中，可以由定位标签200进行自身位置的解算。而在定位标签200发送UWB定位信号，由定位基站100作为UWB定位信号接收方的系统架构中，可以由定位基站100对定位标签200的位置进行解算，上述延时时长可以作为对接收到UWB定位信号的时刻进行修正的参数。

因此，延时时长可以作为定位基站100发送UWB定位信号时向后延时的参数，也可以作为定位基站100接收到定位标签200发送的UWB定位信号后的延时参数。

此外，如图3所示，所述UWB定位系统10还可以包括至少一个定位标签200，定位标签200作为定位终端中的一种，所述定位标签200用于接收所述UWB定位信号，该方法还包括：将所述延时时长发送至所述定位标签200，以使所述定位标签200根据所述延时时长对接收到UWB定位信号的时刻进行修正。

UWB定位系统10中的定位标签200可以作为UWB定位信号的接收方，定位基站100可以将所述延时时长发送至定位标签200，由定位标签200将该延时时长作为位置解算过程中的延时参数，对接收到UWB定位信号的时刻进行修正，以便通过TOA、TDOA等算法解算出准确的位置信息。

在本申请实施例中，UWB定位系统10中的各个UWB定位基站100可以通过上述流程，计算到每个定位基站100对应的延时时长，从而使得所有的定位基站100完成校准，实现整体UWB定位系统10精确同步。

本申请还提供了一种基于卫星定位系统的基站校准装置101，应用于UWB定位系统10中的定位基站100，所述UWB定位系统10包括形成闭环通信连接的多个定位基站100，如图4所示，该基站校准装置101包括：

校准信号接收模块111，用于接收上一级定位基站基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号而发送的第一UWB校准信号；

校准时长计算模块112，用于计算基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号向下一级定位基站发送第二UWB校准信号的时刻与接收到所述第一UWB校准信号的时刻之间的校准时长；

延时时长计算模块113，用于根据接收到的授时信号、校准时长以及与上一级定位基站之间的距离，计算所述定位基站100与所述上一级定位基站之间的延时时长；

校准模块114，用于根据所述延时时长，对所述定位基站100发送UWB定位信号或接收所述UWB定位信号的时刻进行校准。

进一步地，所述校准时长计算模块112用于：

在检测到所述授时信号的上升沿时，向下一级定位基站发送所述UWB校准信号，并同时进行校准计时；

在接收到所述上一级定位基站发送的UWB校准信号时，停止所述校准计时，将校准计时的时长作为所述校准时长。

进一步地，延时时长计算模块113用于：

根据所述授时信号的频率，计算所述授时信号的授时周期；

计算所述校准时长与预设整数倍的授时周期及所述上一级定位基站传输信号到所述定位基站100所需时长之间的差值，得到所述延时时长。

进一步地，所述校准模块114用于：

当所述定位基站100需要发送所述UWB定位信号时，将发送所述UWB定位信号的时刻向后延时所述延时时长后，进行所述UWB定位信号的发送。

进一步地，所述UWB定位系统10还包括至少一个定位标签200，所述定位标签200用于接收所述UWB定位信号，该基站校准装置101还包括：

延时时长发送模块，用于将所述延时时长发送至所述定位标签200，以使所述定位标签200根据所述延时时长对接收到UWB定位信号的时刻进行修正。

综上所述，本申请实施例中的基站校准方法及装置中，可以由卫星定位系统提供的授时信号作为定位基站100发送校准信号的时间基准，在室外环境或不便进行线路布置的定位场景中，通过计算校准时长和延时时长等参数实现定位基站100的时间同步，可以不必进行复杂的有线线路布置。此外，由于卫星定位系统提供的授时信号覆盖范围广且授时精度高，可以显著的提升多个定位基站100的校准效率，减少线路布置的工作量，从而提高UWB定位系统10的时间同步效率。通过基于卫星定位系统授时信号对定位基站100进行校准，使得多个定位基站100可以采用无线通信的方式实现精确的时间同步。

以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于卫星定位系统的基站校准方法，其特征在于，应用于UWB定位系统中的定位基站，所述UWB定位系统包括形成闭环通信连接的多个定位基站，该方法包括：

接收上一级定位基站基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号而发送的第一UWB校准信号；

计算基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号向下一级定位基站发送第二UWB校准信号的时刻与接收到所述第一UWB校准信号的时刻之间的校准时长；

根据接收到的授时信号、校准时长以及与上一级定位基站之间的距离，计算所述定位基站与所述上一级定位基站之间的延时时长；

根据所述延时时长，对所述定位基站发送UWB定位信号或接收所述UWB定位信号的时刻进行校准。

2.根据权利要求1所述的基于卫星定位系统的基站校准方法，其特征在于，计算基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号向下一级定位基站发送第二UWB校准信号的时刻与接收到所述第一UWB校准信号的时刻之间的校准时长的步骤包括：

在检测到所述授时信号的上升沿时，向下一级定位基站发送所述UWB校准信号，并同时进行校准计时；

在接收到所述上一级定位基站发送的UWB校准信号时，停止所述校准计时，将校准计时的时长作为所述校准时长。

3.根据权利要求1所述的基于卫星定位系统的基站校准方法，其特征在于，根据所述授时信号、校准时长以及与上一级定位基站之间的预设距离，计算所述定位基站与所述上一级定位基站之间的延时时长的步骤包括：

根据所述授时信号的频率，计算所述授时信号的授时周期；

计算所述校准时长与预设整数倍的授时周期及所述上一级定位基站传输信号到所述定位基站所需时长之间的差值，得到所述延时时长。

4.根据权利要求1所述的基于卫星定位系统的基站校准方法，其特征在于，根据所述延时时长，对所述定位基站发送UWB定位信号的时刻进行校准的步骤包括：

当所述定位基站需要发送所述UWB定位信号时，将发送所述UWB定位信号的时刻向后延时所述延时时长后，进行所述UWB定位信号的发送。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的基于卫星定位系统的基站校准方法，其特征在于，所述UWB定位系统还包括至少一个定位标签，所述定位标签用于接收所述UWB定位信号，该方法还包括：

将所述延时时长发送至所述定位标签，以使所述定位标签根据所述延时时长对接收到UWB定位信号的时刻进行修正。

6.一种基于卫星定位系统的基站校准装置，其特征在于，应用于UWB定位系统中的定位基站，所述UWB定位系统包括形成闭环通信连接的多个定位基站，该基站校准装置包括：

校准信号接收模块，用于接收上一级定位基站基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号而发送的第一UWB校准信号；

校准时长计算模块，用于计算基于接收到的卫星定位系统广播的授时信号向下一级定位基站发送第二UWB校准信号的时刻与接收到所述第一UWB校准信号的时刻之间的校准时长；

延时时长计算模块，用于根据接收到的授时信号、校准时长以及与上一级定位基站之间的距离，计算所述定位基站与所述上一级定位基站之间的延时时长；

校准模块，用于根据所述延时时长，对所述定位基站发送UWB定位信号或接收所述UWB定位信号的时刻进行校准。

7.根据权利要求6所述的基于卫星定位系统的基站校准装置，其特征在于，所述校准时长计算模块用于：

在检测到所述授时信号的上升沿时，向下一级定位基站发送所述UWB校准信号，并同时进行校准计时；

在接收到所述上一级定位基站发送的UWB校准信号时，停止所述校准计时，将校准计时的时长作为所述校准时长。

8.根据权利要求6所述的基于卫星定位系统的基站校准装置，其特征在于，延时时长计算模块用于：

根据所述授时信号的频率，计算所述授时信号的授时周期；

计算所述校准时长与预设整数倍的授时周期及所述上一级定位基站传输信号到所述定位基站所需时长之间的差值，得到所述延时时长。

9.根据权利要求6所述的基于卫星定位系统的基站校准装置，其特征在于，所述校准模块用于：

当所述定位基站需要发送所述UWB定位信号时，将发送所述UWB定位信号的时刻向后延时所述延时时长后，进行所述UWB定位信号的发送。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的基于卫星定位系统的基站校准装置，其特征在于，所述UWB定位系统还包括至少一个定位标签，所述定位标签用于接收所述UWB定位信号，该基站校准装置还包括：

延时时长发送模块，用于将所述延时时长发送至所述定位标签，以使所述定位标签根据所述延时时长对接收到UWB定位信号的时刻进行修正。