CN113518310B - 一种用于超宽带多区域室内定位的tdoa估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，多区域内设有一个主级主定位基站、一个或多个次级主定位基站和多个从定位基站，包括将所有定位基站进行层级划分，接收各层定位基站发送的序列号和时间戳，序列号包括同步帧序列号和定位帧序列号，基于相同的同步帧序列号将每层的定位基站接收待定位节点定位帧序列号时对应的定位帧接收时间戳逐层转换至主级主定位基站的时钟体系下，基于相同的定位帧序列号根据响应同一定位帧序列号的定位基站转换后的定位帧接收时间戳计算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。本发明实现了多区域定位基站的时钟同步和对待定位节点/标签的定位。

Description

一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法
技术领域
本申请属于室内定位技术领域，具体涉及一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法。
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，当用于室内定位时，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。
目前市场上基于TDOA的时钟同步技术方案主要是无线单向通信模式来实现定位基站基于TDOA的时钟同步，该同步方案基本仅仅应用于单区域(一个主定位基站和三个从定位基站)，即使是应用于多区域(多个主定位基站和多个从定位基站)，也基本都是多个单区域同步方案的简单拼接，这种简单拼接往往导致一些问题的出现，具体表现如下：
1)虽然同一区域的定位基站同步后处于同一时钟体系下，但是不同区域的定位基站仍旧处于不同的时钟体系；
2)针对正在进行跨区域的待定位节点/标签，会出现定位不准确的问题；
3)在进行多区域定位基站部署时，按照多个单区域定位基站拼接的方式进行时，对于区域交界处，需要额外布置多个定位基站，增加了设备冗余、施工工作量和设备成本。
发明内容
本申请一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，实现多区域定位基站的时钟同步和对待定位节点/标签的定位。
为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：
一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，多区域内设有一个主级主定位基站、一个或多个次级主定位基站和多个从定位基站，所述用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，包括：
步骤1、将所有定位基站进行层级划分，位于第0层的定位基站有且仅有主级主定位基站；位于第1层的定位基站，其上级定位基站为主级主定位基站，且第1层包含至少一个次级主定位基站和至少零个从定位基站；位于第i层的定位基站，其上级定位基站为第i-1层中的次级主定位基站，且第i层包含至少一个次级主定位基站和至少零个从定位基站，1<i<I；位于第I层的定位基站，其上级定位基站为第I-1层中的次级主定位基站，且第I层全部为从定位基站，I为层级划分的总数；
步骤2、接收各层定位基站发送的序列号和时间戳，所述序列号包括同步帧序列号和定位帧序列号，所述同步帧序列号由主级主定位基站发出，所述定位帧序列号由待定位节点发出；
步骤3、基于相同的同步帧序列号将每层的定位基站接收待定位节点定位帧序列号时对应的定位帧接收时间戳逐层转换至主级主定位基站的时钟体系下；
步骤4、基于相同的定位帧序列号，根据响应同一定位帧序列号的定位基站转换后的定位帧接收时间戳计算TDOA值，该TDOA值为响应同一定位帧序列号的定位基站针对当前定位帧的TDOA值；
步骤5、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，完成多区域室内定位的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，所述基于相同的同步帧序列号将每层的定位基站接收待定位节点定位帧序列号时对应的定位帧接收时间戳逐层转换至主级主定位基站的时钟体系下，包括：
步骤3.1、针对第j层的定位基站b记录的定位帧接收时间戳的转换，0<j≤I：
第j-1层主级或者次级主定位基站a对应的序列号和时间戳包括同步帧序列号、定位帧序列号、同步帧发送时间戳
Figure BDA0003119262130000031
和定位帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000032
第j层定位基站b对应的序列号和时间戳包括同步帧序列号、定位帧序列号、同步帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000033
和定位帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000034
其中，同步帧发送时间戳
Figure BDA0003119262130000035
为第j-1层主级或者次级主定位基站a前一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给第j层定位基站b时记录的发送时间戳，同步帧发送时间戳
Figure BDA0003119262130000036
为第j-1层主级或者次级主定位基站a后一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给第j层定位基站b时记录的发送时间戳，定位帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000037
为第j-1层主级或者次级主定位基站a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，同步帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000038
为第j层定位基站b接收到第j-1层主级或者次级主定位基站a前一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，同步帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000039
为第j层定位基站b接收到第j-1层主级或者次级主定位基站a后一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，定位帧接收时间戳
Figure BDA00031192621300000310
为第j层定位基站b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
Figure BDA00031192621300000311
和
Figure BDA00031192621300000312
对应于定位帧序列号相同的同一定位帧信号；
步骤3.2、计算第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b对于前一次和后一次同步帧信号的时间差为：
Figure BDA00031192621300000313
Figure BDA00031192621300000314
式中，μ1表示对于前一次同步帧信号第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b的时间差，μ2表示对于后一次同步帧信号第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b的时间差，Tab表示同步帧信号从第j-1层主级或者次级主定位基站a到第j层定位基站b的飞行时间，即
Figure BDA00031192621300000315
Dab表示第j-1层主级或者次级主定位基站a与第j层定位基站b之间的距离，根据已知的基站坐标计算可得，c表示光速；
步骤3.2、计算第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b之间的时钟频率差为：
Figure BDA0003119262130000041
步骤3.3、将第j层定位基站b的定位帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000042
转换到第j-1层主级或者次级主定位基站a的时钟体系下为：
Figure BDA0003119262130000043
式中，
Figure BDA0003119262130000044
为第j层定位基站b的定位帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000045
转换到第j-1层主级或者次级主定位基站a的时钟体系下的时间戳；
步骤3.4、以
Figure BDA0003119262130000046
为待转换的时间戳，继续取上一层主级或者次级主定位基站对应的序列号和时间戳，重复步骤3.1～3.4，直至将第j层的定位基站b记录的定位帧接收时间戳转换至第0层主级主定位基站的时钟体系下。
作为优选，所述基于相同的定位帧序列号，根据响应同一定位帧序列号的定位基站转换后的定位帧接收时间戳计算TDOA值，包括：
针对包含定位帧序列号相同的同一定位帧信号，对于响应该定位帧信号的任意两个定位基站p和q，计算定位基站p和q对于该定位帧信号的TDOA值为：
Figure BDA0003119262130000047
式中，TDOApq为定位基站p和q对于同一定位帧信号的TDOA值，
Figure BDA0003119262130000048
为定位基站p接收该定位帧信号时记录的定位帧接收时间戳转换至主级主定位基站的时钟体系下的时间戳，
Figure BDA0003119262130000049
为定位基站q接收该定位帧信号时记录的定位帧接收时间戳转换至主级主定位基站的时钟体系下的时间戳。
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：
对于响应定位帧序列号相同的同一定位帧信号的两个基站，取两基站之间的距离对应的光速飞行时间作为判定阈值；
若这两个基站针对定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值的绝对值小于其对应的判定阈值，则判断该TDOA值为正常；否则判断该TDOA值为异常。
本申请提供的用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，采用无线单向通信模式来实现定位基站基于TDOA的时钟同步，在单区域的基础上进行了不同的多区域的时钟同步设计，完成整个定位系统的定位基站转换后的针对定位帧信号的时间戳均处于同一时钟体系下，因此针对正在进行跨区域的待定位节点/标签，不会出现定位不准确的问题；在区域交界处不需要额外布置多个定位基站，同一定位基站可以隶属于多个区域，缩减设备成本和施工工作量。
附图说明
图1为本申请的多区域内定位基站的部署示意图；
图2为本申请用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法的流程图；
图3为本申请进行两个分属于上下级的定位基站进行时钟同步的流程图。
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多区域室内定位的TDOA估算方法，实现多区域定位基站的时钟同步和对待定位节点/标签的定位。
如图1所示，多区域内设有一个主级主定位基站(MA)、一个或多个次级主定位基站(SMA)和多个从定位基站(SA)，定位基站周期性地发送包含同步帧序列号的UWB信号(即同步帧信号)至其下层次级主定位基站和从定位基站，并记录同步帧序列号和发送时间戳；次级主定位基站接收到其上层主/次主定位基站的UWB信号后，记录同步帧序列号和接收时间戳，之后发送包含同步帧序列号的UWB信号至其下层次级主定位基站和从定位基站，并记录同步帧序列号和发送时间戳；从定位基站接收其上层主/次主定位基站的UWB信号后，记录同步帧序列号和接收时间戳。
需要说明的是，图1中对于墙壁的长度限定仅为了表述多区域分布在一个较广的范围内，并不作为对本申请的TDOA估算的适用距离的限制。并且从硬件角度来看，主级主定位基站、次级主定位基站和从定位基站可以都是相同的定位基站，在此基础上本申请对分布在多区域内的多个定位基站赋予不同角色，以实现多区域定位。关于如何赋予多个定位基站对应角色，根据多区域中的实际环境进行确定，通常至少要保证每个从定位基站与主级主定位基站或者某个次级主定位基站之间都是视距通信(之间没有任何障碍物的通信)即可，这样就能够保证整个定位系统中所有定位基站接收到的定位帧时间戳能够转换到主级主定位基站的时钟体系下，从而在TDOA计算阶段，任何响应了定位帧信号的定位基站都能够参与到定位中，实现待定位节点位置的结算。
待定位节点按照一定的频率发送包含自身标签编号和定位帧序列号的UWB信号(即定位帧信号)至各定位基站，定位基站接收该UWB信号，并记录待定位节点编号、同步帧序列号和接收时间戳；各定位基站将自身编号、坐标数据、同步帧序列号、同步帧时间戳(同步帧接收时间戳和/或同步帧发送时间戳)、标签编号、定位帧序列号、定位帧接收时间戳打包，通过交换机发送至服务器；服务器根据各定位基站的数据信息，进行非主级主定位基站的定位帧接收时间戳的转换，实现定位基站的TDOA估算。
本申请不对定位基站的角色赋予添加过多限制，以降低设备安装要求，从而可能存在有些从定位基站的上级定位基站可能为主级主定位基站和一个或者多个次级主定位基站，也可能为多个次级主定位基站。例如图1中的从定位基站SA2既能收到主级主定位基站MA的信号，又能收到次级主定位基站SMA1的信号，即从定位基站SA2在后续层级划分中，既属于第1层定位基站，又属于第2层定位基站。
对于这类从定位基站在定位帧接收时间戳的转换时，首先分别在所属层级进行转换，后取各个层级转换后的平局值作为最终的转换值。例如从定位基站SA2对于接收到同一定位帧的定位帧接收时间戳，最后会有两个转换后的时间戳(一个是根据其位于第1层定位基站这个属性所得，另一个是根据其位于第2层定位基站这个属性所得)，最后取这两个转换后的时间戳的平均值作为从定位基站SA2对于该定位帧的转换时间戳。
如图2所示，本实施例的用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，包括以下步骤：
步骤1、将所有定位基站进行层级划分，位于第0层的定位基站有且仅有主级主定位基站；位于第1层的定位基站，其上级定位基站为主级主定位基站，且第1层包含至少一个次级主定位基站和至少零个从定位基站；位于第i层的定位基站，其上级定位基站为第i-1层中的次级主定位基站，且第i层包含至少一个次级主定位基站和至少零个从定位基站，1<i<I；位于第I层的定位基站，其上级定位基站为第I-1层中的次级主定位基站，且第I层全部为从定位基站，I为层级划分的总数。
步骤2、接收各层定位基站发送的序列号和时间戳，所述序列号包括同步帧序列号和定位帧序列号，所述同步帧序列号由主级主定位基站发出，所述定位帧序列号由待定位节点发出。
位于第0层的主级主定位基站MA发送同步帧信号，记录其同步帧发送时间戳，之后切换至接收状态，接收待定位节点Tag的定位帧信号，记录定位帧接收时间戳，在经过一段固定时间后，主级主定位主基站MA再次发送同步帧信号(所包含的同步帧序列号与前一次发送的同步帧信号所包含的同步帧序列号不同)，记录其同步帧发送时间戳；位于下级(下一层)的定位基站接收其上级(上一层)定位基站的同步帧信号和待定位节点Tag的定位帧信号，分别记录接收时间戳，若存在次级主定位基站，则其在接收到其上级定位基站的同步帧信号之后，切换至发送状态，发送同步帧信号给其下级定位基站，并记录其同步帧发送时间戳，直至同步帧信号传递至最后一层从定位基站，各定位基站将记录的序列号和时间戳上传至服务器。
步骤3、基于相同的同步帧序列号将每层的定位基站接收待定位节点定位帧序列号时对应的定位帧接收时间戳逐层转换至主级主定位基站的时钟体系下。
如图3所示，本实施例的时钟同步包括以下步骤：
步骤3.1、针对第j层的定位基站b记录的定位帧接收时间戳的转换，0<j≤I：
第j-1层主级或者次级主定位基站a对应的序列号和时间戳包括同步帧序列号、定位帧序列号、同步帧发送时间戳
Figure BDA0003119262130000071
和定位帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000072
第j层定位基站b对应的序列号和时间戳包括同步帧序列号、定位帧序列号、同步帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000073
和定位帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000074
其中，同步帧发送时间戳
Figure BDA0003119262130000075
为第j-1层主级或者次级主定位基站a前一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给第j层定位基站b时记录的发送时间戳，同步帧发送时间戳
Figure BDA0003119262130000076
为第j-1层主级或者次级主定位基站a后一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给第j层定位基站b时记录的发送时间戳，定位帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000077
为第j-1层主级或者次级主定位基站a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，同步帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000081
为第j层定位基站b接收到第j-1层主级或者次级主定位基站a前一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，同步帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000082
为第j层定位基站b接收到第j-1层主级或者次级主定位基站a后一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，定位帧接收时间戳
Figure BDA0003119262130000083
为第j层定位基站b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
Figure BDA0003119262130000084
和
Figure BDA0003119262130000085
对应于定位帧序列号相同的同一定位帧信号。
容易理解的是，a和b仅用于在表述中区分不同的定位基站，并不作为对定位基站本身的限制。
步骤3.2、计算第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b对于前一次和后一次同步帧信号的时间差为：
Figure BDA0003119262130000086
Figure BDA0003119262130000087
式中，μ1表示对于前一次同步帧信号第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b的时间差，μ2表示对于后一次同步帧信号第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b的时间差，Tab表示同步帧信号从第j-1层主级或者次级主定位基站a到第j层定位基站b的飞行时间，即
Figure BDA0003119262130000088
Dab表示第j-1层主级或者次级主定位基站a与第j层定位基站b之间的距离，根据已知的基站坐标计算可得，c表示光速。
步骤3.2、计算第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b之间的时钟频率差为：
Figure BDA0003119262130000089
步骤3.3、将第j层定位基站b的定位帧接收时间戳
Figure BDA00031192621300000810
转换到第j-1层主级或者次级主定位基站a的时钟体系下为：
Figure BDA00031192621300000811
式中，
Figure BDA00031192621300000812
为第j层定位基站b的定位帧接收时间戳
Figure BDA00031192621300000813
转换到第j-1层主级或者次级主定位基站a的时钟体系下的时间戳。
步骤3.4、以
Figure BDA0003119262130000091
为待转换的时间戳，继续取上一层主级或者次级主定位基站对应的序列号和时间戳，重复步骤3.1～3.4，直至将第j层的定位基站b记录的定位帧接收时间戳转换至第0层主级主定位基站的时钟体系下。
容易理解的是，继续取上一层主级或者次级主定位基站对应的序列号和时间戳，重复步骤3.1～3.4时，所执行的转换原理与步骤3.1～3.4所示的第j层转换至第j-1层相同，仅仅是所示意的数据有所不同，例如将
Figure BDA0003119262130000092
作为第j-1层的时间戳转换至第j-2层时，即取第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j-2层主级或者次级主定位基站的相关数据进行转换即可。
步骤4、基于相同的定位帧序列号，根据响应同一定位帧序列号的定位基站转换后的定位帧接收时间戳计算TDOA值，该TDOA值为响应同一定位帧序列号的定位基站针对当前定位帧的TDOA值。
针对包含定位帧序列号相同的同一定位帧信号，对于响应该定位帧信号的任意两个定位基站p和q，计算定位基站p和q对于该定位帧信号的TDOA值为：
Figure BDA0003119262130000093
式中，TDOApq为定位基站p和q对于同一定位帧信号的TDOA值，
Figure BDA0003119262130000094
为定位基站p接收该定位帧信号时记录的定位帧接收时间戳转换至主级主定位基站的时钟体系下的时间戳，
Figure BDA0003119262130000095
为定位基站q接收该定位帧信号时记录的定位帧接收时间戳转换至主级主定位基站的时钟体系下的时间戳。
本实施例中响应当前待定位节点的定位帧信号的定位基站的定位帧接收时间戳全部转换至主级主定位基站的时钟体系下，处于同一时钟体系下，各定位基站对于该定位帧信号的转换后的时间戳可以直接相减，即可得定位基站对于当前定位帧的TDOA值，即降低了TDOA值的计算难度，同时又保证了对正在进行跨区域的待定位节点的准确定位。
容易理解的是，p和q仅用于在表述中区分不同的定位基站，并不作为对定位基站本身的限制。并且在计算TDOA值是的定位基站p和q既可以是归属于同一层的定位基站，也可以是归属于不同层的定位基站，这本身并没有限制，仅需保证计算TDOA值的定位基站为响应包含相同定位帧序列号的同一定位帧信号的定位基站即可。
步骤5、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，完成多区域室内定位的TDOA估算。
在判断TDOA值时，对于响应定位帧序列号相同的同一定位帧信号的两个基站，取两基站之间的距离对应的光速飞行时间作为判定阈值；若这两个基站针对定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值的绝对值小于其对应的判定阈值，则判断该TDOA值为正常；否则判断该TDOA值为异常。
本实施例巧妙利用三角形三边关系定理对计算得到的TDOA值进行判断，即保证保留下的TDOA值符合实际，又降低了TDOA值的判断难度。
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 (3)

1.一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，其特征在于，多区域内设有一个主级主定位基站、一个或多个次级主定位基站和多个从定位基站，所述用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，包括：
步骤1、将所有定位基站进行层级划分，位于第0层的定位基站有且仅有主级主定位基站；位于第1层的定位基站，其上级定位基站为主级主定位基站，且第1层包含至少一个次级主定位基站和至少零个从定位基站；位于第i层的定位基站，其上级定位基站为第i-1层中的次级主定位基站，且第i层包含至少一个次级主定位基站和至少零个从定位基站，1<i<I；位于第I层的定位基站，其上级定位基站为第I-1层中的次级主定位基站，且第I层全部为从定位基站，I为层级划分的总数；
步骤2、接收各层定位基站发送的序列号和时间戳，所述序列号包括同步帧序列号和定位帧序列号，所述同步帧序列号由主级主定位基站发出，所述定位帧序列号由待定位节点发出；
步骤3、基于相同的同步帧序列号将每层的定位基站接收待定位节点定位帧序列号时对应的定位帧接收时间戳逐层转换至主级主定位基站的时钟体系下；
步骤4、基于相同的定位帧序列号，根据响应同一定位帧序列号的定位基站转换后的定位帧接收时间戳计算TDOA值，该TDOA值为响应同一定位帧序列号的定位基站针对当前定位帧的TDOA值，包括：
针对包含定位帧序列号相同的同一定位帧信号，对于响应该定位帧信号的任意两个定位基站p和q，计算定位基站p和q对于该定位帧信号的TDOA值为：
Figure FDA0004135895460000011
式中，TDOApq为定位基站p和q对于同一定位帧信号的TDOA值，blinkp为定位基站p接收该定位帧信号时记录的定位帧接收时间戳转换至主级主定位基站的时钟体系下的时间戳，
Figure FDA0004135895460000012
为定位基站q接收该定位帧信号时记录的定位帧接收时间戳转换至主级主定位基站的时钟体系下的时间戳；
步骤5、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，完成多区域室内定位的TDOA估算。
2.根据权利要求1所述的用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，其特征在于，所述基于相同的同步帧序列号将每层的定位基站接收待定位节点定位帧序列号时对应的定位帧接收时间戳逐层转换至主级主定位基站的时钟体系下，包括：
步骤3.1、针对第j层的定位基站b记录的定位帧接收时间戳的转换，0＜j≤I：
第j-1层主级或者次级主定位基站a对应的序列号和时间戳包括同步帧序列号、定位帧序列号、同步帧发送时间戳
Figure FDA0004135895460000021
和定位帧接收时间戳
Figure FDA0004135895460000022
第j层定位基站b对应的序列号和时间戳包括同步帧序列号、定位帧序列号、同步帧接收时间戳
Figure FDA0004135895460000023
和定位帧接收时间戳
Figure FDA0004135895460000024
其中，同步帧发送时间戳
Figure FDA0004135895460000025
为第j-1层主级或者次级主定位基站a前一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给第j层定位基站b时记录的发送时间戳，同步帧发送时间戳
Figure FDA0004135895460000026
为第j-1层主级或者次级主定位基站a后一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给第j层定位基站b时记录的发送时间戳，定位帧接收时间戳
Figure FDA0004135895460000027
为第j-1层主级或者次级主定位基站a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，同步帧接收时间戳
Figure FDA0004135895460000028
为第j层定位基站b接收到第j-1层主级或者次级主定位基站a前一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，同步帧接收时间戳
Figure FDA0004135895460000029
为第j层定位基站b接收到第j-1层主级或者次级主定位基站a后一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，定位帧接收时间戳
Figure FDA00041358954600000210
为第j层定位基站b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
Figure FDA00041358954600000211
和
Figure FDA00041358954600000212
对应于定位帧序列号相同的同一定位帧信号；
步骤3.2、计算第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b对于前一次和后一次同步帧信号的时间差为：
Figure FDA00041358954600000213
Figure FDA00041358954600000214
式中，μ1表示对于前一次同步帧信号第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b的时间差，μ2表示对于后一次同步帧信号第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b的时间差，Tab表示同步帧信号从第j-1层主级或者次级主定位基站a到第j层定位基站b的飞行时间，即
Figure FDA00041358954600000215
Dab表示第j-1层主级或者次级主定位基站a与第j层定位基站b之间的距离，根据已知的基站坐标计算可得，c表示光速；
步骤3.2、计算第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b之间的时钟频率差为：
Figure FDA0004135895460000031
步骤3.3、将第j层定位基站b的定位帧接收时间戳
Figure FDA0004135895460000032
转换到第j-1层主级或者次级主定位基站a的时钟体系下为：
Figure FDA0004135895460000033
式中，
Figure FDA0004135895460000034
为第j层定位基站b的定位帧接收时间戳
Figure FDA0004135895460000035
转换到第j-1层主级或者次级主定位基站a的时钟体系下的时间戳；
步骤3.4、以
Figure FDA0004135895460000036
为待转换的时间戳，继续取上一层主级或者次级主定位基站对应的序列号和时间戳，重复步骤3.1～3.4，直至将第j层的定位基站b记录的定位帧接收时间戳转换至第0层主级主定位基站的时钟体系下。
3.根据权利要求1所述的用于超宽带多区域室内定位的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：
对于响应定位帧序列号相同的同一定位帧信号的两个基站，取两基站之间的距离对应的光速飞行时间作为判定阈值；
若这两个基站针对定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值的绝对值小于其对应的判定阈值，则判断该TDOA值为正常；否则判断该TDOA值为异常。
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