[發明專利]一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法

在審

• 申請號: 201710031059.0
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106879067A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 裴玉奎;吳一稷;何健倫;何浩;馬耀輝
• 申請（專利權）人: 廣州土圭垚信息科技有限公司
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;G01S5/02;G01S5/14
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫

技術領域

本發明涉及無線定位領域，尤其涉及一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法。

背景技術

UWB定位技術屬于無線定位技術的一種。無線定位技術是指用來判定移動用戶位置的測量方法和計算方法，即定位算法。目前最常用的定位技術主要有：時差定位技術、信號到達角度測量(AOA)技術、到達時間定位(TOA)和到達時間差定位(TDOA)等。其中，TDOA技術是目前最為流行的一種方案，除了用于GSM系統，在其他諸如AMPS和CDMA系統中也廣泛應用，UWB定位采用的也是這種技術。

通常，UWB定位系統設定幾個定位參考點(根據實際需要)，以接收待測點(數量上百)發出的高斯脈沖信號。為了避免信號發生碰撞，每個待測點都有自己的代碼序列。當一個高斯脈沖中代碼序列被參考點收到時，它將在一個時間整合相關器內與當前產生的一個對照序列作比較。當收到信號的位移與對照信號相吻合，即出現一個相關高峰信號。這樣就容易判斷是否收到正確的代碼序列。處理接收到的脈沖序列得到接收時間，計算得到待測點的坐標。

TDOA的優勢在于，不需要對標簽(又稱移動臺、節點等)和基站(又稱錨節點)的時鐘進行同步，但是依然需要解決基站與基站之間的同步，

工業界通常采用的同步方法是采用IEEE-1588協議,節點與節點之間采用網線連接.然后通過盤持EEE-1588的以太網物理層芯片進行時鐘同步。在采用高精度溫補晶振情況下，可以到1ns下的誤差，但是，這種方法的缺點是需要基站和基站之間采用網線連接，造成施工布局復雜，而且基站與基站之間的射頻模塊的延遲差異也會造成誤差。

或者直接通過基站之間的無線通信進行同步，但通信時間要多于網線連接，基站與基站之間的射頻模塊的延遲差異依然會造成誤差(0.1納秒級誤差)。

中國專利申請201610340104.6提供了一種基于TDOA的快速定位方法，該方法包括步驟：：坐標與距離方程的建立、中心距離的求解、目標坐標的求解、建立距離約束和球面關系約束，求解目標坐標的修正解。該方法主要是解決被測目標在近距、遠距多場景下依靠多個信號接收器探測的時間差進行位置求解的問題，該方法解決了近距離、遠距離運算方法不統一的問題，但是該方法并未從解決定位系統工作時，基站需要同步的問題，該方法中定位系統工作時，依然存在著各個基站各個標簽之間的差異影響，同時，該方案并未提高系統的標簽容量和效率。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法，其能夠提升定位系統的容量和效率，能夠消除不同的標簽不同的基站之間的差異影響，即，無論在生產中還是在使用中均無需校準天線延時。應用時基站無需同步，定位精度更高。

為實現上述目的，本發明實施例提供了一種基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法，包括如下步驟：

S1：根據標簽坐標刷新次數及標簽總數設定時隙；

S2：主基站向每一標簽發出廣播指令，使每一標簽確定自身時隙；

S3:每一標簽在對應時隙內發出超寬帶定位信號測距包，主基站接收超寬帶定位信號測距包后發出超寬帶定位信號同步包；

S4：每一從基站分別接收超寬帶定位信號測距包、超寬帶定位信號同步包，并計算接收兩次信號之間的時間差Δt_k，k＝1,2,3…N，Δt_k表示第k從基站接收超寬帶定位信號同步包與超寬帶定位信號測距包的時間差；

S5：根據主基站坐標、每一從基站坐標、以及時間差Δt_k進行計算，得到第k+1從基站與標簽之間的距離r_k+1和第k從基站與標簽之間的距離r_k的差值，k＝1,2,3…N；

S6：根據步驟S5中計算出的距離差值進行TDOA解算，得到標簽坐標。

與現有技術相比，本發明公開的基于雙差分雙工的超寬帶無線定位方法在TDOA的基礎上，又進行了一次差分，這次差分具有同步基站的作用，同時，基站的射頻模塊的延遲差異與該基站Δt_k(Δt_k的大小與信號傳輸速率有關，最大為毫秒級，一般為十分之一毫秒級)后自身延時誤差進行差分，在極短的時間內，一定程度上可以認為基站本身的性質并未發生改變，極大的降低了誤差。

根據本發明另一具體實施方式，步驟S2包括如下步驟：

S21：指令包括空白時隙，通過指令每一待定位標簽隨機申請空白時隙；

S22：通過指令每一未待定位的標簽隨機申請未被待定位標簽占用的空白時隙；