CN111491266A - 一种uwb tdoa定位系统基站对时方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种UWB TDOA定位系统基站对时方法，涉及定位系统技术领域，包括对时基站、标签、定位基站、路由器和计算服务器，所述对时基站和标签的输出端电性连接有定位基站，且定位基站的输出端电性连接有路由器，所述路由器的输出端电性连接有计算服务器。本发明的有益效果是：本发明简化了时钟同步方法，每一组设定一个主基站，每组独立进行时钟同步计算，由于系统采用单组分组策略，不涉及到多跳延迟补偿问题，大大降低系统难度和提高稳定性；采用UWB信号直接进行时钟同步，不需要额外铺设光缆和wifi，记录UWB到达时间，对时基站发送时刻时间戳(同时刻)＝定位基站接收时刻时间戳‑(定位基站到对时基站距离/光速)，达到计算出各基站时间差。

Description

一种UWB TDOA定位系统基站对时方法
技术领域
本发明涉及定位系统技术领域，具体为一种UWB TDOA定位系统基站对时方法。
背景技术
GPS/北斗等卫星导航定位系统被人们所熟知，在日常生活中提供了完善的室外定位导航服务。但是由于信号遮挡问题，导致这一定位方式并不适用于室内。如今最常见的室内定位技术主要有蓝牙定位、Wi-Fi定位、UWB超宽带定位、红外线定位、RFID等技术。其中UWB超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、能够提高精确定位精度等优点。与蓝牙和WIFI定位方法不同，UWB技术位置信息并不是基于信号强度(RSSI)进行计算，而是通过精确无线信号的发送时刻、接收时刻，并通过算法计算的。UWB技术主要分为两种定位方法：TOF和TDOA。TOF测距方法的时间取决于时钟精度，时钟偏移会带来误差。为了减少时钟偏移量造成的测距误差，通常采用正反两个方向的测量方法，即远端基站发送测距信息，标签接收测距信息并回复，然后再由标签发起测距信息，远端基站回复，通过求取飞行时间平均值，减少两者之间的时间偏移，从而提高测距精度。但是正因如此就造成了TOF功耗大大提高，续航时间行对较短。TDOA技术不需要定位标签与定位基站之间进行往复通信，只需要定位标签发射一次UWB信号，工作时长缩短了，功耗也就大大降低了，故能做到更高的定位动态和定位容量。但是TDOA各基站间要保持精准的时间同步，需要达到纳秒级别才能保证30厘米的误差，这对时钟同步算法要求非常高。
现有的系统时钟同步方案分为有线时钟同步、无线时钟同步。有线时钟同步需要铺设专用光缆，无线时钟同步则通过WIFI构建一个高性能的软件无线电通信平台，实现对物理层无线信号到达时间的精确测量，基于IEEE1588v2(PTP)国际协议标准，通过多跳时延补偿和非对称补偿算法的创新应用，实现WLAN接入点间的高精度时钟同步。这种方案对系统和设备要求比较高，需要能精确测量多跳时延补偿和非对称补偿方法。由于需要额外增加光缆货wifi设备，所以系统成本大大增加，并且系统组成相对复杂涉及到多跳延迟补偿，这对系统要求比较高实现难度大，为此，我们提出一种UWB TDOA定位系统基站对时方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种UWB TDOA定位系统基站对时方法，以解决上述背景技术中提出的现有的系统时钟同步方案分有有线时钟同步、无线时钟同步。有线时钟同步需要铺设专用光缆，无线时钟同步则通过WIFI构建一个高性能的软件无线电通信平台，实现对物理层无线信号到达时间的精确测量，基于IEEE1588v2(PTP)国际协议标准，通过多跳时延补偿和非对称补偿算法的创新应用，实现WLAN接入点间的高精度时钟同步。这种方案对系统和设备要求比较高，需要能精确测量多跳时延补偿和非对称补偿方法。由于需要额外增加光缆货wifi设备，所以系统成本大大增加，并且系统组成相对复杂涉及到多跳延迟补偿，这对系统要求比较高实现难度大的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种UWB TDOA定位系统基站对时方法，包括对时基站、标签、定位基站、路由器和计算服务器，所述对时基站和标签的输出端电性连接有定位基站，且定位基站的输出端电性连接有路由器，所述路由器的输出端电性连接有计算服务器。
优选的，所述对时基站、定位基站、路由器与计算服务器之间为电性串联连接。
优选的，所述定位基站设置有两个或两个以上。
优选的，所述路由器与计算服务器之间通过有线、G或WIFI构成电性连接。
优选的，所述该基站对时方法的具体实施步骤如下：
S1.信号发送
对时基站定时发送UWB对时信号；
S2.信号接收
同组内定位基站从对时基站收到信号后获取当前基站时间，编码生成数据包通过网络发送到计算服务器；
S3.数据解析
计算服务器解析数据包，得到定位基站接收时刻的时间戳；
S4.时间戳计算
对时基站发送时刻时间戳＝定位基站接收时刻时间戳-(定位基站到对时基站距离/光速)；
S5.时间差计算
由此可以得到各基站同时刻的时间差，TDOA定位计算基于时间差计算。
本发明提供了一种UWB TDOA定位系统基站对时方法，具备以下有益效果：
本发明简化了时钟同步方法，每一组设定一个主基站，每组独立进行时钟同步计算，由于系统采用单组分组策略，不涉及到多跳延迟补偿问题，大大降低系统难度和提高稳定性；
本发明采用UWB信号直接进行时钟同步，不需要额外铺设光缆和wifi，记录UWB到达时间，对时基站发送时刻时间戳(同时刻)＝定位基站接收时刻时间戳-(定位基站到对时基站距离/光速)，以便于计算出各基站时间差，简化了流程，使用更加便捷。
附图说明
图1为本发明一种UWB TDOA定位系统基站对时方法的系统流程图
图中：1、对时基站；2、标签；3、定位基站；4、路由器；5、计算服务器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种UWB TDOA定位系统基站对时方法，包括对时基站1、标签2、定位基站3、路由器4和计算服务器5，对时基站1和标签2的输出端电性连接有定位基站3，且定位基站3的输出端电性连接有路由器4，路由器4的输出端电性连接有计算服务器5；
对时基站1、定位基站3、路由器4与计算服务器5之间为电性串联连接，串联连接使得对时基站1可发送信号到定位基站3，定位基站3可通过路由器4发送信号到计算服务器5，以便于计算出各基站时间差，定位基站3设置有两个或两个以上，路由器4与计算服务器5之间通过有线、4G或WIFI构成电性连接。
该基站对时方法的具体实施步骤如下：
S1.信号发送
对时基站1定时发送UWB对时信号；
S2.信号接收
同组内定位基站3从对时基站1收到信号后获取当前基站时间，编码生成数据包通过网络发送到计算服务器5；
S3.数据解析
计算服务器5解析数据包，得到定位基站3接收时刻的时间戳；
S4.时间戳计算
对时基站1发送时刻时间戳＝定位基站3接收时刻时间戳-(定位基站3到对时基站1距离/光速)；
S5.时间差计算
由此可以得到各基站同时刻的时间差，TDOA定位计算基于时间差计算。
综上，该UWB TDOA定位系统基站对时方法，使得定位系统包括一个对时基站1作为主基站、两个以上的定位基站3作为从基站，以及路由器4、计算服务器5和标签2，使用时对时基站1用于发送对时信号，同组内定位基站3从对时基站1收到信号后获取当前基站时间，并发送自身基站时间戳到计算服务器5，然后服务器根据定位基站3时间戳-定位基站3到对时基站1距离/光速＝对时基站1发送时刻时间戳，由此计算出各个基站相对主基站发送时刻的时间戳，从而可以计算出各从基站的时间差，就这样完成整个UWB TDOA定位系统基站对时方法的使用过程。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种UWB TDOA定位系统基站对时方法，包括对时基站(1)、标签(2)、定位基站(3)、路由器(4)和计算服务器(5)，其特征在于：所述对时基站(1)和标签(2)的输出端电性连接有定位基站(3)，且定位基站(3)的输出端电性连接有路由器(4)，所述路由器(4)的输出端电性连接有计算服务器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种UWB TDOA定位系统基站对时方法，其特征在于：所述对时基站(1)、定位基站(3)、路由器(4)与计算服务器(5)之间为电性串联连接。
3.根据权利要求1所述的一种UWB TDOA定位系统基站对时方法，其特征在于：所述定位基站(3)设置有两个或两个以上。
4.根据权利要求1所述的一种UWB TDOA定位系统基站对时方法，其特征在于：所述路由器(4)与计算服务器(5)之间通过有线、4G或WIFI构成电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种UWB TDOA定位系统基站对时方法，其特征在于，所述该基站对时方法的具体实施步骤如下：
S1.信号发送
对时基站(1)定时发送UWB对时信号；
S2.信号接收
同组内定位基站(3)从对时基站(1)收到信号后获取当前基站时间，编码生成数据包通过网络发送到计算服务器(5)；
S3.数据解析
计算服务器(5)解析数据包，得到定位基站(3)接收时刻的时间戳；
S4.时间戳计算
对时基站(1)发送时刻时间戳＝定位基站(3)接收时刻时间戳-(定位基站(3)到对时基站(1)距离/光速)；
S5.时间差计算
由此可以得到各基站同时刻的时间差，TDOA定位计算基于时间差计算。
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