[發明專利]基于高精度時鐘同步技術的UWB室內定位系統

在審

• 申請號: 201710825058.3
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107765217A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 王波;袁緒
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 廣州番禺容大專利代理事務所(普通合伙)44326
• 代理人: 劉新年

1.一種基于高精度時鐘同步技術的UWB定位系統，其包括：同步定位服務器、若干接收機及標簽；

所述同步定位服務器分別與各所述接收機通信連接，使各所述接收機的自身時鐘與所述同步定位服務器的時鐘高精度同步；所述標簽和各所述接收機均通信連接，所述標簽不斷發送包含自身編號和信號序列號的UWB信號至所述各接收機，所述各接收機從所述UWB信號中獲取標簽編號和信號序列號，并根據所述UWB信號，產生準確的接收時間戳；所述各接收機將自身的坐標數據、標簽編號、接收時間戳和信號序列號打包發送到所述同步定位服務器；所述同步定位服務器根據接收到的信號序列號、標簽編號、所述接收時間戳數據和各接收機本身的坐標信息，計算出標簽的坐標。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：所述同步定位服務器包括時鐘同步單元、定位計算單元、第一控制單元；每一所述接收機包括時間同步與數據傳輸單元、第二控制單元及UWB信號接收單元；所述標簽包括第三控制單元及UWB信號發射單元；

所述同步定位服務器的時鐘同步單元為各接收機的時間同步與數據傳輸單元提供時鐘信號；所述第一控制單元用于控制定位計算單元接收來自各接收機的測量數據，并根據所述UWB信號接收單元接收到的UWB信號的所述接收時間戳和各接收機本身的坐標信息，控制所述定位計算單元計算出所述標簽的坐標；所述接收機的時間同步與數據傳輸單元用于接收所述時鐘同步單元發送的時鐘信號，并實現自身時鐘與所述同步定位服務器的時間同步，并將同步后的時鐘信號輸出到所述UWB信號接收單元，作為工作時鐘信號；所述第二控制單元用于對所述UWB信號接收單元進行配置，使其準備接收標簽發射的UWB信號，以及用于接收到所述UWB信號后，讀取該信號中的標簽編號及發射信號的序列號，然后和自身坐標數據一起打包后發送到所述同步定位服務器的所述定位計算單元；所述定位計算單元同時接收所有接收機發來的數據，獲取各基站坐標和相同序列號信號的接收時間，計算出標簽的坐標數據；所述第一控制單元將標簽的坐標和接收機的坐標通過所述顯示單元顯示。

3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于：根據權利要求2所述的系統，其特征在于：所述各接收機的所述時間同步與數據傳輸單元接收到所述時鐘同步單元發送的時鐘信號，通過鎖相環技術使所述接收機的時鐘信號與接收到的時鐘信號頻率同步，從而使得接收機時鐘與同步定位服務器的時鐘之間保持固定鐘差，再通過在同步定位服務器和接收機之間實現精密時鐘同步協議，同步定位服務器和接收機之間交換時間戳信息，所述接收機獲知自身時鐘和同步定位服務器時鐘之間的鐘差；通過接收機內部的時間同步與數據傳輸單元內的時鐘調節子單元，實現接收機時鐘和同步服務器時鐘之間時鐘同步。

4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于：所述各接收機的時間同步與數據傳輸單元實現自身時鐘與所述同步定位服務器的時間同步后，輸出同步脈沖信號至所述UWB信號接收單元，使所述UWB信號接收單元產生的接收時間戳與外部同步信號同步。

5.根據權利要求2所述的系統，其特征在于：所述第二控制單元對所述UWB信號接收單元進行配置，準備接收標簽發射的UWB信號，當所述UWB信號到來時，所述第二控制單元讀取所述UWB信號中的標簽編號、發射信號的序列號，和接收機自身坐標數據一起打包成標準數據通信格式，通過時間同步與數據傳輸單元發送至同步定位服務器的定位計算單元；所述第一控制單元控制所述定位計算單元同時接收所有接收機發來的數據，獲取各接收機坐標和相同序列號信號的接收時間，計算出所述標簽的坐標數據。

6.根據權利要求1至5任一所述的系統，其特征在于：所述同步定位服務器與所述各接收機之間通過基于光纖的千兆以太網同時進行數據交換和時間同步；所述同步定位服務器與所述各接收機之間采用基于光纖的White Rabbit時鐘同步技術建立時間同步，使同步定位服務器時鐘與各接收機時鐘之間同步精度均優于100ps。

7.根據權利要求2所述的系統，其特征在于：所述同步定位服務器還包括顯示單元，其由所述第一控制單元控制，用于將標簽的坐標和接收機的坐標顯示在顯示屏上。

8.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：一臺所述同步定位服務器同時與四臺以上接收機進行時間同步和數據交換。