[發(fā)明專利]一種UWB單向定位系統(tǒng)中時間同步的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711442974.5
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108112070B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張濤;姚宜斌;鄒進(jìn)貴
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04W64/00;G01S5/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

1.一種UWB單向定位系統(tǒng)中時間同步的方法，在定位范圍內(nèi)布設(shè)若干已知位置的錨點(diǎn)，其特征在于：在定位范圍內(nèi)布設(shè)已知位置的參考點(diǎn)，參考點(diǎn)上放置的UWB設(shè)備具備信號發(fā)射功能，錨點(diǎn)上放置的UWB設(shè)備具備接受和發(fā)射信號功能，定位標(biāo)簽處的UWB設(shè)備只需要具備接收信號功能；通過測量計算出各個錨點(diǎn)與定位標(biāo)簽之間的電磁波傳播時間差，基于每兩個錨點(diǎn)分別到達(dá)定位標(biāo)簽的時間差，得到定位標(biāo)簽的坐標(biāo)；為測量計算電磁波傳播時間差，進(jìn)行以下操作，

參考點(diǎn)定時發(fā)出時標(biāo)信號；

每個錨點(diǎn)存儲了自身到參考點(diǎn)的電磁波傳播時間T_(a,ref)以及各自的發(fā)射延遲時間T_d，每個錨點(diǎn)執(zhí)行如下操作，

1)錨點(diǎn)狀態(tài)設(shè)置為信號接收狀態(tài)；

2)當(dāng)錨點(diǎn)收到時標(biāo)信號后，以自己的時間系統(tǒng)記錄收到時標(biāo)信號的時刻，該時刻的值為T_a+T_(a,ref)，并生成定位報文，定位報文中至少包含該錨點(diǎn)自身到參考點(diǎn)的電磁波傳播時間T_(a,ref)與該錨點(diǎn)的發(fā)射延遲時間T_d以及該錨點(diǎn)自身的坐標(biāo)(Xa,Ya,Za)；其中，T_a表示錨點(diǎn)收到時標(biāo)信號的時刻減去錨點(diǎn)自身到參考點(diǎn)的電磁波傳播時間T_(a,ref)，即參考點(diǎn)發(fā)出時標(biāo)信號時錨點(diǎn)自己的時間系統(tǒng)的時刻；

3)等待T_d時間后，該錨點(diǎn)狀態(tài)設(shè)置為發(fā)射狀態(tài)，然后將定位報文發(fā)射出去；

定位標(biāo)簽收到定位報文后，以定位標(biāo)簽自身的時間系統(tǒng)記錄收到報文的時刻T_t+T_rx，其中T_rx＝T_(a,ref)+T_d+T_(tag,a)，T_(tag,a)為電磁波從錨點(diǎn)到定位標(biāo)簽的傳播時間，T_rx表示時標(biāo)信號從參考點(diǎn)經(jīng)錨點(diǎn)傳輸?shù)蕉ㄎ粯?biāo)簽的傳播時間，T_t表示參考點(diǎn)發(fā)出時標(biāo)信號時定位標(biāo)簽自己的時間系統(tǒng)的時刻；在將定位報文解碼后，得到T_(a,ref)與T_d；

所述通過測量計算出各個錨點(diǎn)與定位標(biāo)簽之間的電磁波傳播時間差，實現(xiàn)方式如下，

設(shè)有兩個錨點(diǎn)分別為錨點(diǎn)n和錨點(diǎn)m，當(dāng)定位標(biāo)簽收到這兩個錨點(diǎn)的定位報文后，通過執(zhí)行如下操作解決錨點(diǎn)之間的時間同步問題，得到各個錨點(diǎn)與定位標(biāo)簽之間的電磁波傳播時間差，

1)收到錨點(diǎn)n發(fā)出的定位報文時，記錄下錨點(diǎn)n發(fā)射的定位報文到達(dá)定位標(biāo)簽的時刻，T_{an_rx}＝T_t+T_(an,ref)+T_dn+T_(tag,an)

其中，T_(an,ref)、T_dn、T_(tag,an)分別為錨點(diǎn)n到參考點(diǎn)的電磁波傳播時間、錨點(diǎn)n的等待時間、錨點(diǎn)n到定位標(biāo)簽的電磁波傳播時間，T_t表示參考點(diǎn)發(fā)出時標(biāo)信號時定位標(biāo)簽自己的時間系統(tǒng)的時刻，

則有，

T_(tag,an)＝T_{an_rx}–T_t–T_(an,ref)–T_dn

2)收到錨點(diǎn)m發(fā)出的定位報文時，記錄下錨點(diǎn)m發(fā)射的定位報文到達(dá)定位標(biāo)簽的時刻，T_{am_rx}＝T_t+T_(am,ref)+T_dm+T_(tag,am)

其中，T_(am,ref)、T_dm、T_(tag,am)分別為錨點(diǎn)m到參考點(diǎn)的電磁波傳播時間、錨點(diǎn)m的等待時間、錨點(diǎn)m到定位標(biāo)簽的電磁波傳播時間，T_t表示參考點(diǎn)發(fā)出時標(biāo)信號時定位標(biāo)簽自己的時間系統(tǒng)的時刻，

則有，

T_(tag,am)＝T_{am_rx}–T_t–T_(am,ref)–T_dm

3)計算電磁波從錨點(diǎn)n和錨點(diǎn)m分別到達(dá)定位標(biāo)簽Tag的時間差為，

T_(tag,an)–T_(tag,am)＝T_{an_rx}–T_t–T_(an,ref)–T_dn–(T_{am_rx}–T_t–T_(am,ref)–T_dm)

＝T_{an_rx}–T_{am_rx}–T_(an,ref)–T_dn+T_(am,ref)+T_dm

其中，T_{an_rx}、T_{am_rx}均由定位標(biāo)簽自身記錄定位報文的到達(dá)時間得到，而T_(an,ref)、T_dn、T_(am,ref)、T_dm均包含于定位報文中，因此T_(tag,an)–T_(tag,am)的值確定，從而獲得了電磁波從錨點(diǎn)n和錨點(diǎn)m分別到達(dá)定位標(biāo)簽Tag的時間差。