[發明專利]一種基于UWB的聯合無線時鐘同步和TOA的測距系統

在審

• 申請號: 201710223301.4
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN106842175A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 阮進;鄧卓;張濤;蔡陽春;郭璁
• 申請（專利權）人: 深圳市普渡科技有限公司
• 主分類號: G01S11/02
• 分類號: G01S11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于UWB的聯合無線時鐘同步和TOA的測距系統，其特征在于，所述測距系統包括硬件平臺和軟件方法：

（1）所述硬件平臺包括UWB標簽、UWB定位基站以及計算控制單元；

（2）所述軟件方法包括①標簽與基站通信并且記錄信息收發的時間戳信息并計算TOF時間從而得到標簽與基站之間的距離；②在測距通信過程中，UWB定位基站在反饋信息中插入包含時鐘源等級、時鐘等級、時鐘同步跳數以及時鐘計數等信息的時鐘同步信息，選擇性地在通信范圍內進行時鐘同步。

2.如權利要求1要求的一種基于UWB的聯合無線時鐘同步方法和TOA方法的測距系統的硬件平臺，其特征在于，包括UWB標簽、UWB定位基站以及計算控制單元：

（1）所述UWB標簽廣播統一編碼的包含測距時間戳信息的短脈沖信號，并接收UWB定位基站反饋回來的時間戳信息以及由UWB定位基站反饋的TOF時間信息統一編碼后的短脈沖信號；

（2）所述UWB定位基站接收統一編碼的短脈沖信號，并反饋包含測距時間戳信息以及時鐘同步信息統一編碼以后的短脈沖信號；

（3）所述計算控制單元協調控制UWB標簽與UWB定位基站的短脈沖信號的收發控制，記錄測距通信過程中短脈沖信號的收發時間戳，并計算TOF時間信息和距離信息。

3.如權利要求2中要求的UWB定位基站，其特征在于，UWB定位基站需要接收、處理、反饋UWB標簽以及其他UWB定位基站發送的短脈沖信號：

（1）接收UWB標簽廣播的統一編碼的包含測距時間戳信息的短脈沖信號；

（2）反饋包含測距時間戳信息以及時鐘同步信息，并在同一編碼以后發送出去；

（3）接收其它UWB定位基站的反饋信息，并提取時鐘同步信息選擇是否同步本地UWB定位基站時鐘。

4.如權利1要求的一種基于UWB的聯合無線時鐘同步方法和TOA方法的測距系統的軟件方法，其特征在于聯合TOA方法測距和無線時鐘同步：

（1）所述TOA方法測距是標簽與基站通信并且記錄信息收發的時間戳信息并計算TOF時間從而得到標簽與基站之間的距離；

（2）所述時鐘同步是在測距通信過程中，UWB定位基站在反饋信息中插入包含時鐘源等級、時鐘等級、時鐘同步跳數以及本地時鐘計數等信息的時鐘同步信息，選擇性地在通信范圍內進行時鐘同步。

5.一種基于UWB的聯合無線時鐘同步方法和TOA方法的測距系統，包含如下步驟：

（1）組建包含1個UWB標簽，4個或者4個以上UWB定位基站、計算控制單元的硬件平臺；

（2）UWB標簽廣播統一編碼的包含開始測距的信息的短脈沖信號，并由UWB標簽上的計算控制單元讀取記錄發送成功時間戳為T_tx1；

（3）取參與測距的4個UWB定位基站中的一個基站來分析；所述取用的一個基站接收到開始測距信號記錄接收完成時間戳為T_rx1，并且準備自身要反饋的信息，在反饋的信息中插入時鐘同步信息，所述時鐘同步信息包括時鐘源等級，時鐘等級，時鐘同步跳數以及本地時鐘計數；

（4）參與測距的4個UWB定位基站根據自身的地址大小決定反饋順序先后；所述反饋順序遵循地址越小，反饋優先級越高的的原則；根據反饋順序，4個UWB定位基站依次反饋包含有時鐘同步信息的統一編碼以后的短脈沖信號，并記錄信號發送成功時間戳為T_tx2；

（5）UWB標簽接收到所述步驟（3）中的反饋信號，取4個UWB定位基站中的一個基站來分析，記錄接收反饋信息成功時間戳為T_rx2，同時廣播統一編碼的包含結束測距的信息的短脈沖信號，并記錄信號發送成功時間戳為T_tx3；所述結束測距的信息需插入時間戳T_tx1，T_rx2，T_tx3；

（6）UWB定位基站接收到步驟（3）中的反饋信號，按照編碼規則提取反饋信號中的時鐘源等級，時鐘等級，時鐘同步跳數以及時鐘計數，同時與本地UWB定位基站的時鐘源等級，時鐘等級，時鐘同步跳數比較，若所述比較符合所設條件，則選擇反饋信號中的時鐘同步信息同步本地UWB定位基站；同步后，本地UWB定位基站的時鐘源等級為反饋信號中的時鐘源等級，時鐘等級為反饋信號中的時鐘等級加1，時鐘同步跳數為反饋信號中的時鐘同步跳數加1，時鐘計數為反饋信號中的時鐘同步跳數，并且聯合之前的同步時鐘信息進行數據擬合，獲取本地時鐘與時鐘源的時鐘計數關系，后期便可以降低通信計算開銷；所述所設條件滿足盡量使全局UWB定位基站時鐘計數同步的原則；

（7）取參與測距的4個UWB定位基站中的一個基站來分析；所述取用的一個基站接收到結束測距信號記錄接收完成時間為T_rx3，并提取結束測距信號中的時間戳T_tx1，T_rx2，T_tx3。通過T_tx1，T_rx1，T_tx2，T_rx2，T_tx3，T_rx3這6個時間戳計算TOF時間為：

T_tof=(((T_rx3-T_tx2 )-(T_tx3-T_rx2 ))+((T_rx2-T_tx1 )-(T_tx2-T_rx1 )))/4

計算該UWB定位基站與UWB定位標簽之間的距離S為（U_光表示光速）：

S=T_tof*U_光

（8）通過上述步驟，所述測距系統完成TOA方法測距和無線時鐘同步。