CN113518309B - 一种用于超宽带室内定位的tdoa估算方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超宽带室内定位的TDOA估算方法和系统，方法包括接收来自主从基站发送的时间戳和序列号，计算主基站和从基站对于前一次和后一次同步帧信号的时间差，计算主基站和从基站之间的时钟频率差，得到从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值，根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，剔除异常的TDOA值，保留正常的TDOA值，完成主从基站对待定位节点发送的定位帧信号的TDOA估算。本发明无需改变基站时钟计数运行方式，实现主从基站间高效率、高精度的TDOA估算。

Description

一种用于超宽带室内定位的TDOA估算方法和系统

技术领域

本申请属于定位技术领域，具体涉及一种用于超宽带室内定位的TDOA估算方法和系统。

背景技术

伴随着物联网(IOT)技术的发展，各行各业对室内定位信息的需求也日益增大。室内环境复杂，无线信号在传播过程中存在反射、折射、衍射等现象，超宽带(UWB)因其上百兆的带宽，具有较强的多径分辨能力、抗干扰能力、穿透力等，这使得超宽带用于室内定位时其在定位结果的精确性和实时性方面具有绝对的优势。

利用UWB进行室内定位基本都是基于距离测量的方法，主要包括基于飞行时间(TOF)的方法和基于到达时间差(TDOA)的方法。基于测距的方法对时间误差非常敏感，1微秒钟差足够产生300米的误差，所以不管是基于TOF还是TDOA的定位方法，都需要对不同的节点进行时钟同步。然而，基于TOF的定位方法需要实现待定位节点和各定位基站的时钟同步，基于TDOA的定位方法仅仅只需要实现各定位基站间的时钟同步，所以，目前基于TDOA的定位方法应用较多。

目前基于TDOA的时钟同步技术方案主要分为有线和无线两大类，有线同步方案通过有线电缆连接各个定位基站，利用同步控制器使得每个定位基站都共用一个时钟系统。无线同步方案利用节点间的无线通信进行信息交互达到时钟同步的目的，节点间的无线通信有单向模式也有双向模式，单向通信模式中某一基站按照一定的频率发送UWB信号给其他基站，发送信号基站记录发送时刻，接收信号基站记录接收时刻。而现有技术中不论是有线还是无线的时钟同步方式都存在一定缺陷，如下：

1)有线同步方案需要在各个基站之间铺设同步电缆，无形之中增加了投入成本，同时采用时钟同步控制器，利用电压控制晶体振荡器，改变基站本地时钟的计数和运行方式，影响晶体振荡器的稳定性；

2)无线同步方案中节点的双向通信模式不仅需要节点在接收和发送状态间来回切换，而且会增加无线信号冲突的可能性，同时还会影响标签并发量；

3)单向通信模式中有些会增加额外参考基站，以该基站的时钟作为标准进行时钟同步，但是该基站不会接收待定位节点/标签的定位帧信号，即没有定位功能，因此该方案增加了设备的冗余和实施的复杂性；

4)单向通信模式中有些会在基站底层完成时间戳的换算或者调整，增加基站底层工作量，影响基站响应效率。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于超宽带室内定位的TDOA估算方法和系统，无需改变基站时钟计数运行方式，实现主从基站间高效率、高精度的TDOA估算。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种用于超宽带室内定位的TDOA估算方法，所述用于超宽带室内定位的TDOA估算方法，包括：

步骤1、接收来自主基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳TXCCP01、TXCCP02和BLINK0，以及从基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳RXCCP11、RXCCP12和BLINK1；

其中时间戳TXCCP01为主基站前一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳，时间戳TXCCP02为主基站后一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳，并且时间戳TXCCP01和TXCCP02之间的时间间隔为Δt₀，时间戳BLINK0为主基站接收待定位节点发送的包含定位帧序列号的定位帧信号时记录的接收时间戳，时间戳RXCCP11为从基站接收到主基站前一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，时间戳RXCCP12为从基站接收到主基站后一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，时间戳BLINK1为从基站接收待定位节点发送的包含定位帧序列号的定位帧信号时记录的接收时间戳，并且时间戳BLINK0和BLINK1对应于定位帧序列号相同的同一定位帧信号；

步骤2、根据接收的时间戳、序列号以及已知的基站坐标计算主从基站对于定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值，包括：

步骤2.1、计算主基站和从基站对于前一次和后一次同步帧信号的时间差为：

μ₁＝RXCCP11-(TXCCP01-T_0-1)

μ₂＝RXCCP12-(TXCCP02-T_0-1)

式中，μ₁表示对于前一次同步帧信号主从基站的时间差、μ₂表示对于后一次同步帧信号主从基站的时间差，T_0-1表示同步帧信号从主基站到从基站的飞行时间，即

D_0-1表示主基站与从基站之间的距离，根据基站坐标计算可得，c表示光速；

步骤2.2、计算主基站和从基站之间的时钟频率差为：

式中，Δt₁为时间戳RXCCP11和RXCCP12之间的时间间隔；

步骤2.3、得到从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值如下：

式中，TDOA_1-0为从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值，(BLINK1-RXCCP11)′表示从基站时钟体系下的时间(BLINK1-RXCCP11)转换到主基站时钟体系下对应的时间；

步骤2.4根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，剔除异常的TDOA值，保留正常的TDOA值，完成主从基站对待定位节点发送的定位帧信号的TDOA估算。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

作为优选，所述主基站设置有一个，所述从基站设置有多个，所述主基站周期性发送同步帧信号至各个从基站，并记录同步帧序列号和发送时间戳。

作为优选，所述根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，包括：

取同步帧信号由主基站到从基站的飞行时间作为判定阈值；

若该从基站和主基站针对定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值的绝对值小于判定阈值，则判断该TDOA值为正常；否则判断该TDOA值为异常。

本申请还提供一种用于超宽带室内定位的TDOA估算系统，所述用于超宽带室内定位的TDOA估算系统包括主基站、从基站和服务器，其中，

所述主基站，用于向从基站发送包含同步帧序列号的同步帧信号，记录每次发送的同步帧序列号，同时记录前一次发送同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳为TXCCP01以及后一次发送同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳为TXCCP02，并且时间戳TXCCP01和TXCCP02之间的时间间隔为Δt₀；还用于接收待定位节点发送的包含定位帧序列号的定位帧信号，同时记录接收待定位节点的定位帧信号时的接收时间戳为BLINK0以及定位帧序列号；还用于向服务器发送同步帧序列号、定位帧序列号以及时间戳TXCCP01、TXCCP02和BLINK0；

所述从基站，用于接收主基站发送的包含同步帧序列号的同步帧信号以及待定位节点发送的包含定位帧序列号定位帧信号，记录接收的同步帧序列号和定位帧序列号，同时记录接收到主基站前一次发送的同步帧信号时的接收时间戳为RXCCP11、记录接收到主基站后一次发送的同步帧信号时的接收时间戳为RXCCP12、记录接收待定位节点发送的定位帧信号时的接收时间戳为BLINK1，并且时间戳BLINK0和BLINK1对应于定位帧序列号相同的同一定位帧信号；还用于向服务器发送同步帧序列号、定位帧序列号以及时间戳RXCCP11、RXCCP12和BLINK1；

所述服务器，用于接收主基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳TXCCP01、TXCCP02和BLINK0，以及从基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳RXCCP11、RXCCP12和BLINK1，并根据接收的时间戳、序列号以及已知的基站坐标计算主从基站对于定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值；

其中根据接收的时间戳、序列号以及已知的基站坐标计算主从基站对于定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值，执行如下操作：

计算主基站和从基站对于前一次和后一次同步帧信号的时间差为：

μ₁＝RXCCP11-(TXCCP01-T_0-1)

μ₂＝RXCCP12-(TXCCP02-T_0-1)

式中，μ₁表示对于前一次同步帧信号主从基站的时间差、μ₂表示对于后一次同步帧信号主从基站的时间差，T_0-1表示同步帧信号从主基站到从基站的飞行时间，即

D_0-1表示主基站与从基站之间的距离，根据基站坐标计算可得，c表示光速；

计算主基站和从基站之间的时钟频率差为：

式中，Δt₁为时间戳RXCCP11和RXCCP12之间的时间间隔；

得到从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值如下：

式中，TDOA_1-0为从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值，(BLINK1-RXCCP11)′表示从基站时钟体系下的时间(BLINK1-RXCCP11)转换到主基站时钟体系下对应的时间；

根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，剔除异常的TDOA值，保留正常的TDOA值，完成主从基站对待定位节点发送的定位帧信号的TDOA估算。

作为优选，所述主基站设置有一个，所述从基站设置有多个，所述主基站周期性发送同步帧信号至各个从基站，并记录同步帧序列号和发送时间戳。

作为优选，所述根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，执行如下操作：

取同步帧信号由主基站到从基站的飞行时间作为判定阈值；

若该从基站和主基站针对定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值的绝对值小于判定阈值，则判断该TDOA值为正常；否则判断该TDOA值为异常。

作为优选，所述用于超宽带室内定位的TDOA估算系统还包括交换机，所述主基站和从基站将时间戳、序列号发送至所述交换机，并由交换机将时间戳、序列号转发至所述服务器。

本申请提供的用于超宽带室内定位的TDOA估算方法和系统，采用无线通信的方式实现各基站的同步通信，部署简单，成本较低；不需要改变基站时钟计数运行方式，也不需要在基站底层完成时间戳的换算或者调整；不存在额外冗余基站，所有基站都会接收待定位节点/标签的定位帧信号，只要有响应，就会参与到定位过程；相比于在底层完成时钟同步过程，本文的主从定位基站的TDOA计算过程在服务器端进行，计算效率和精度高。

附图说明

图1为本申请的用于超宽带室内定位的TDOA估算方法的流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

其中一个实施例中，提供一种用于超宽带室内定位的TDOA估算方法，以解决现有技术中TDOA的时钟同步技术存在的缺陷，在超宽带室内定位场景下具有优异的应用前景。

本实施例中用于TDOA估算的服务器通过交换机与各基站(定位基站)相连接，交换机通过以太网将各基站的UWB信号数据传输至服务器，服务器端进行主从基站的TDOA估算。当然在其他实施例中，还可通过其他直接或转接方式实现基站向服务器发送数据。

本实施例中基站分主基站(MA)和从基站(SA)，并且从基站具有多个(SA1,SA2,SA3,…,SAn，n为从基站的总个数)，主基站周期性地发送包含同步帧序列号的UWB信号(包含同步帧序列号的UWB信号理解为同步帧信号，且本实施例中同步帧信号主要包含同步帧序列号，在其他实施例中还可以根据实际需求添加相应字段)至各从基站，并记录同步帧序列号和发送时间戳。从基站接收该UWB信号后，记录同步帧序列号和接收时间戳；待定位节点按照一定的频率发送包含自身编号和定位帧序列号的UWB信号(包含自身编号和定位帧序列号的UWB信号理解为定位帧信号，且本实施例中定位帧信号主要包含编号和定位帧序列号，在其他实施例中还可以根据实际需求添加相应字段)至各基站，基站接收该UWB信号，并记录待定位节点的编号、定位帧序列号和接收时间戳。

需要说明的是，本实施例中同步帧信号和定位帧信号都是周期性的发送，并且每一次发送的同步帧信号中的同步帧序列号均不相同(例如递增1)，每一次发送的定位帧信号中的定位帧序列号也均不相同(例如递增1)，服务器根据同步帧序列号和定位帧序列号选择相应的数据进行计算。

各基站将自身编号、同步帧序列号、同步帧信号对应的时间戳(主基站发送同步帧信号的发送时间戳、从基站接收同步帧信号的接收时间戳)、待定位节点的编号、定位帧序列号、定位帧对应的接收时间戳打包，通过交换机发送至服务器；服务器根据各基站的数据信息，进行从基站时钟体系下的时间戳转换，实现主从基站对待定位节点发送的定位帧信号的TDOA估算。

考虑到数据计算压力以及定位刷新必要时间，本实施例中为了保证同步效果，设置同步周期为300ms，可以理解为各基站向服务器上传数据的周期为300ms，服务器进行TDOA估算的周期为300ms。在其他实施例中可根据实际需求对同步周期进行调整。

具体的，本实施例以主基站和其中一个从基站为例说明本申请的TDOA估算方法，主基站与其他从基站对待定位节点发送的定位帧信号的TDOA值同理可得。如图1所示，本实施例用于超宽带室内定位的TDOA估算方法，包括以下步骤：

步骤1、接收来自主基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳TXCCP01、TXCCP02和BLINK0，以及从基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳RXCCP11、RXCCP12和BLINK1。

其中时间戳TXCCP01为主基站前一次发送包含同步帧序列号(例如T001)的同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳，时间戳TXCCP02为主基站后一次发送包含同步帧序列号(例如T002)的同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳，并且时间戳TXCCP01和TXCCP02之间的时间间隔为Δt₀，时间戳BLINK0为主基站接收待定位节点发送的包含定位帧序列号(例如D001)的定位帧信号时记录的接收时间戳，时间戳RXCCP11为从基站接收到主基站前一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，时间戳RXCCP12为从基站接收到主基站后一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，时间戳BLINK1为从基站接收待定位节点发送的包含定位帧序列号(例如D001)的定位帧信号时记录的接收时间戳，并且时间戳BLINK0和BLINK1针对的是定位帧序列号相同(均为D001)的同一定位帧信号。

在整个过程中主基站向从基站发送了同步帧信号后切换至接收状态，接收待定位节点的定位帧信号，而从基站一直保持接收状态，分别接收主基站发送的同步帧信号和待定位节点发送的定位帧信号。

步骤2、根据接收的序列号、时间戳(本实施例中基站上传的数据并不限于序列号、时间戳相关数据，这里应理解为计算TDOA值主要基于序列号、时间戳相关数据)以及已知的基站坐标计算主从基站对于定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值，包括：

步骤2.1、计算主基站和从基站对于前一次和后一次同步帧信号的时间差为：

μ₁＝RXCCP11-(TXCCP01-T_0-1)

μ₂＝RXCCP12-(TXCCP02-T_0-1)

式中，μ₁表示对于前一次同步帧信号主从基站的时间差、μ₂表示对于后一次同步帧信号主从基站的时间差，T_0-1表示同步帧信号从主基站到从基站的飞行时间，即

D_0-1表示主基站与从基站之间的距离，其根据基站坐标计算可得，c表示光速；

步骤2.2、假设在时间段[TXCCP01,TXCCP02]内，主从基站的时钟未发生漂移，即时钟频率保持不变，则计算主基站和从基站之间的时钟频率差为：

式中，δ为主基站和从基站之间的时钟频率差，Δt₁为时间戳RXCCP11和RXCCP12之间的时间间隔。

基于此可以得到，对于从基站时钟体系下的某一时间间隔Δt_s，可换算成其对应的主基站时钟体系下的时间间隔Δt_m，换算关系如下：

步骤2.3、得到从基站和主基站针对同一定位帧信号(例如定位帧序列号均为D001定位帧信号)的TDOA值如下：

式中，TDOA_1-0为从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值，(BLINK1-RXCCP11)′表示从基站时钟体系下的时间(BLINK1-RXCCP11)转换到主基站时钟体系下对应的时间；

步骤2.4根据三角形三边关系定理(两边之差小于第三边)判断计算得到的TDOA值是否异常，剔除异常的TDOA值，保留正常的TDOA值，完成主从基站对待定位节点发送的定位帧信号的TDOA估算。

容易理解的是，在TDOA值计算过程中，序列号并没有直接参与计算，但是各计算时取的各时间戳均为根据同步帧序列号或定位帧序列号所取到的对应的时间戳，因此也认为序列号参与在TDOA值计算中。

本实施例在估算TDOA值时，假设某一时间段内主从基站的时钟频率是保持不变的，该假设是为了方便计算主从基站之间的时钟频率差。通常主从基站间的时间差变化并不是线性变化的，其会受到温度、湿度以及设备老化等因素影响，所以在实际操作的时候，一般设置300ms进行一次同步计算，而较短时间内主从基站间的时间差变化可以看作是不变的，也就是本实施例的假设在合理范围内。同时为了避免该假设可能带来的数据计算误差，进一步采用三角形三边关系定理进行排除，同时还排除了其他误差影响(如数据传输误差等)，使得本实施例最终计算得到的TDOA值具有较高的准确性和可靠性。

本实施例在判断TDOA值是否异常时，采用如下方式：取同步帧信号由主基站到从基站的飞行时间作为判定阈值；若该从基站和主基站针对定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值的绝对值(由于待定位节点可能离从基站比较近而离主基站比较远，在这种情况下两个基站的距离差会存在负值的情况，从而距离差对应的时间差也出现负值的情况，因此本实施例在判断是否异常时取绝对值)小于判定阈值，则判断该TDOA值为正常；否则判断该TDOA值为异常。

容易理解的是，本实施例根据三角形三边关系定理合理设置判定阈值，提高数据准确性，在其他实施例中也可以直接根据经验值或其他方式设置合理的判断阈值。

本实施例各基站将自身编号、同步帧序列号、同步帧信号对应的时间戳(主基站发送同步帧信号的发送时间戳、从基站接收同步帧信号的接收时间戳)、待定位节点的编号、定位帧序列号、定位帧对应的接收时间戳打包发送至服务器后，服务器对每个从基站与主基站的TDOA值进行计算，之后判别计算出来的TDOA值是否异常，对于异常TDOA值将予以剔除，根据剔除后剩余的TDOA值即可实现对待定位标签的准确定位。

在另一个实施例中，提供一种用于超宽带室内定位的TDOA估算系统，本实施例的用于超宽带室内定位的TDOA估算系统包括主基站、从基站和服务器，其中，

所述主基站，用于向从基站发送包含同步帧序列号的同步帧信号，记录每次发送的同步帧序列号，同时记录前一次发送同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳为TXCCP01以及后一次发送同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳为TXCCP02，并且时间戳TXCCP01和TXCCP02之间的时间间隔为Δt₀；还用于接收待定位节点发送的包含定位帧序列号的定位帧信号，同时记录接收待定位节点的定位帧信号时的接收时间戳为BLINK0以及定位帧序列号；还用于向服务器发送同步帧序列号、定位帧序列号以及时间戳TXCCP01、TXCCP02和BLINK0；

所述从基站，用于接收主基站发送的包含同步帧序列号的同步帧信号以及待定位节点发送的包含定位帧序列号定位帧信号，记录接收的同步帧序列号和定位帧序列号，同时记录接收到主基站前一次发送的同步帧信号时的接收时间戳为RXCCP11、记录接收到主基站后一次发送的同步帧信号时的接收时间戳为RXCCP12、记录接收待定位节点发送的定位帧信号时的接收时间戳为BLINK1，并且时间戳BLINK0和BLINK1对应于定位帧序列号相同的同一定位帧信号；还用于向服务器发送同步帧序列号、定位帧序列号以及时间戳RXCCP11、RXCCP12和BLINK1；

所述服务器，用于接收主基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳TXCCP01、TXCCP02和BLINK0，以及从基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳RXCCP11、RXCCP12和BLINK1，并根据接收的时间戳、序列号以及已知的基站坐标计算主从基站对于定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值；

其中根据接收的时间戳、序列号以及已知的基站坐标计算主从基站对于定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值，执行如下操作：

计算主基站和从基站对于前一次和后一次同步帧信号的时间差为：

μ₁＝RXCCP11-(TXCCP01-T_0-1)

μ₂＝RXCCP12-(TXCCP02-T_0-1)

式中，μ₁表示对于前一次同步帧信号主从基站的时间差、μ₂表示对于后一次同步帧信号主从基站的时间差，T_0-1表示同步帧信号从主基站到从基站的飞行时间，即

D_0-1表示主基站与从基站之间的距离，根据基站坐标计算可得，c表示光速；

计算主基站和从基站之间的时钟频率差为：

式中，Δt₁为时间戳RXCCP11和RXCCP12之间的时间间隔；

得到从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值如下：

式中，TDOA_1-0为从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值，(BLINK1-RXCCP11)′表示从基站时钟体系下的时间(BLINK1-RXCCP11)转换到主基站时钟体系下对应的时间；

根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，剔除异常的TDOA值，保留正常的TDOA值，完成主从基站对待定位节点发送的定位帧信号的TDOA估算。

在另一个实施例中，所述主基站设置有一个，所述从基站设置有多个，所述主基站周期性发送同步帧信号至各个从基站，并记录同步帧序列号和发送时间戳。

在另一个实施例中，所述根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，执行如下操作：

取同步帧信号由主基站到从基站的飞行时间作为判定阈值；

若该从基站和主基站针对定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值的绝对值小于判定阈值，则判断该TDOA值为正常；否则判断该TDOA值为异常。

在另一个实施例中，所述用于超宽带室内定位的TDOA估算系统还包括交换机，所述主基站和从基站将时间戳、序列号发送至所述交换机，并由交换机将时间戳、序列号转发至所述服务器。

关于用于超宽带室内定位的TDOA估算系统的具体限定参见上述对于用于超宽带室内定位的TDOA估算方法的限定，这里就不再进行赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于超宽带室内定位的TDOA估算方法，其特征在于，所述用于超宽带室内定位的TDOA估算方法，包括：

步骤1、接收来自主基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳TXCCP01、TXCCP02和BLINK0，以及从基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳RXCCP11、RXCCP12和BLINK1；

其中时间戳TXCCP01为主基站前一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳，时间戳TXCCP02为主基站后一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳，并且时间戳TXCCP01和TXCCP02之间的时间间隔为Δt₀，时间戳BLINK0为主基站接收待定位节点发送的包含定位帧序列号的定位帧信号时记录的接收时间戳，时间戳RXCCP11为从基站接收到主基站前一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，时间戳RXCCP12为从基站接收到主基站后一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，时间戳BLINK1为从基站接收待定位节点发送的包含定位帧序列号的定位帧信号时记录的接收时间戳，并且时间戳BLINK0和BLINK1对应于定位帧序列号相同的同一定位帧信号；

步骤2、根据接收的时间戳、序列号以及已知的基站坐标计算主从基站对于定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值，包括：

步骤2.1、计算主基站和从基站对于前一次和后一次同步帧信号的时间差为：

μ₁＝RXCCP11-(TXCCP01-T_0-1)

μ₂＝RXCCP12-(TXCCP02-T_0-1)

式中，μ₁表示对于前一次同步帧信号主从基站的时间差、μ₂表示对于后一次同步帧信号主从基站的时间差，T_0-1表示同步帧信号从主基站到从基站的飞行时间，即

D_0-1表示主基站与从基站之间的距离，根据基站坐标计算可得，c表示光速；

步骤2.2、计算主基站和从基站之间的时钟频率差为：

式中，Δt₁为时间戳RXCCP11和RXCCP12之间的时间间隔；

步骤2.3、得到从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值如下：

式中，TDOA_1-0为从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值，(BLINK1-RXCCP11)′表示从基站时钟体系下的时间(BLINK1-RXCCP11)转换到主基站时钟体系下对应的时间；

步骤2.4根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，剔除异常的TDOA值，保留正常的TDOA值，完成主从基站对待定位节点发送的定位帧信号的TDOA估算。

2.根据权利要求1所述的用于超宽带室内定位的TDOA估算方法，其特征在于，所述主基站设置有一个，所述从基站设置有多个，所述主基站周期性发送同步帧信号至各个从基站，并记录同步帧序列号和发送时间戳。

3.根据权利要求1所述的用于超宽带室内定位的TDOA估算方法，其特征在于，所述根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，包括：

取同步帧信号由主基站到从基站的飞行时间作为判定阈值；

若该从基站和主基站针对定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值的绝对值小于判定阈值，则判断该TDOA值为正常；否则判断该TDOA值为异常。

4.一种用于超宽带室内定位的TDOA估算系统，其特征在于，所述用于超宽带室内定位的TDOA估算系统包括主基站、从基站和服务器，其中，

所述主基站，用于向从基站发送包含同步帧序列号的同步帧信号，记录每次发送的同步帧序列号，同时记录前一次发送同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳为TXCCP01以及后一次发送同步帧信号给从基站时记录的发送时间戳为TXCCP02，并且时间戳TXCCP01和TXCCP02之间的时间间隔为Δt₀；还用于接收待定位节点发送的包含定位帧序列号的定位帧信号，同时记录接收待定位节点的定位帧信号时的接收时间戳为BLINK0以及定位帧序列号；还用于向服务器发送同步帧序列号、定位帧序列号以及时间戳TXCCP01、TXCCP02和BLINK0；

所述从基站，用于接收主基站发送的包含同步帧序列号的同步帧信号以及待定位节点发送的包含定位帧序列号定位帧信号，记录接收的同步帧序列号和定位帧序列号，同时记录接收到主基站前一次发送的同步帧信号时的接收时间戳为RXCCP11、记录接收到主基站后一次发送的同步帧信号时的接收时间戳为RXCCP12、记录接收待定位节点发送的定位帧信号时的接收时间戳为BLINK1，并且时间戳BLINK0和BLINK1对应于定位帧序列号相同的同一定位帧信号；还用于向服务器发送同步帧序列号、定位帧序列号以及时间戳RXCCP11、RXCCP12和BLINK1；

所述服务器，用于接收主基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳TXCCP01、TXCCP02和BLINK0，以及从基站发送的同步帧序列号、定位帧序列号、时间戳RXCCP11、RXCCP12和BLINK1，并根据接收的时间戳、序列号以及已知的基站坐标计算主从基站对于定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值；

其中根据接收的时间戳、序列号以及已知的基站坐标计算主从基站对于定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值，执行如下操作：

计算主基站和从基站对于前一次和后一次同步帧信号的时间差为：

μ₁＝RXCCP11-(TXCCP01-T_0-1)

μ₂＝RXCCP12-(TXCCP02-T_0-1)

式中，μ₁表示对于前一次同步帧信号主从基站的时间差、μ₂表示对于后一次同步帧信号主从基站的时间差，T_0-1表示同步帧信号从主基站到从基站的飞行时间，即

D_0-1表示主基站与从基站之间的距离，根据基站坐标计算可得，c表示光速；

计算主基站和从基站之间的时钟频率差为：

式中，Δt₁为时间戳RXCCP11和RXCCP12之间的时间间隔；

得到从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值如下：

式中，TDOA_1-0为从基站和主基站针对同一定位帧信号的TDOA值，(BLINK1-RXCCP11)′表示从基站时钟体系下的时间(BLINK1-RXCCP11)转换到主基站时钟体系下对应的时间；

根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，剔除异常的TDOA值，保留正常的TDOA值，完成主从基站对待定位节点发送的定位帧信号的TDOA估算。

5.根据权利要求4所述的用于超宽带室内定位的TDOA估算系统，其特征在于，所述主基站设置有一个，所述从基站设置有多个，所述主基站周期性发送同步帧信号至各个从基站，并记录同步帧序列号和发送时间戳。

6.根据权利要求4所述的用于超宽带室内定位的TDOA估算系统，其特征在于，所述根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，执行如下操作：

取同步帧信号由主基站到从基站的飞行时间作为判定阈值；

若该从基站和主基站针对定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值的绝对值小于判定阈值，则判断该TDOA值为正常；否则判断该TDOA值为异常。

7.根据权利要求4所述的用于超宽带室内定位的TDOA估算系统，其特征在于，所述用于超宽带室内定位的TDOA估算系统还包括交换机，所述主基站和从基站将时间戳、序列号发送至所述交换机，并由交换机将时间戳、序列号转发至所述服务器。

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