[發明專利]一種UWB單向定位系統中時間同步的方法

有效

• 申請號: 201711442974.5
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108112070B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 張濤;姚宜斌;鄒進貴
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04W64/00;G01S5/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提供一種UWB單向定位系統中時間同步的方法，在定位范圍內布設若干已知位置的錨點，其特征在于：在定位范圍內布設已知位置的參考點，參考點上放置的UWB設備具備信號發射功能，錨點上放置的UWB設備具備接受和發射信號功能，定位標簽處的UWB設備只需要具備接收信號功能；通過測量計算出各個錨點與定位標簽之間的電磁波傳播時間差，基于每兩個錨點分別到達定位標簽的時間差，得到定位標簽的坐標。本發明應用時定位標簽容量可以無限擴展，同時標簽功耗得以降低，而且整體結構簡單，易于實現。

技術領域

本發明屬于定位技術，涉及基于UWB以及TDOA技術定位的方法。

背景技術

室外定位技術已經非常成熟，市場上有多種GNSS設備可以滿足不同用戶從米級到毫米級的各種需求。而事實上，眾多行業都對室內定位技術提出越來越高的要求，例如物聯網行業，工業廠房，旅游行業，商業場所，機場，消防，公安，軍用，停車場，醫療，機器人，無人機，隧道礦井等。對于室內定位，雖然目前有多種解決方案，例如基站定位，WIFI指紋定位，超聲波定位，藍牙定位，地磁定位，偽衛星定位，UWB(Ultra-Wideband，超寬帶)定位等，但是由于技術局限以及成本問題，目前尚未有像GNSS定位技術一樣讓不同級別用戶滿意的成熟產品，更進一步說，這些技術要么定位精度無法滿足要求，只能滿足低精度用戶的需求，要么成本太高，難以推廣。

目前使用較多的室內定位技術解決方案中，目前來看UWB定位的結果最為精確，而且UWB的傳播特性使其抗干擾、抗多徑以及穿透性能明顯好于其他技術，因此具有良好的發展前景。UWB定位的基礎是測量電磁波的傳播時間進行測距，再進一步用測距結果進行定位。目前的方法是首先是通過一定的通訊協議，測量電磁波在錨點與標簽之間的飛行時間(有時也測量它們之間的相對方向)，由于電磁波在空氣中的傳播速度即光速，由此即可計算出錨點和標簽之間的距離。但是由于各個錨點以及標簽的時鐘源通常采用溫補晶振甚至普通晶振，因此存在時鐘偏差以及時鐘漂移的問題，導致各個錨點以及標簽的時間無法同步，而目前采取的方法是依靠控制錨點與標簽之間多次通信來消除時鐘不同步的問題，以得到較為精確的測距和定位結果。這種多次通信操作在標簽以及錨點的數量增多以后，效率會急劇下降，定位刷新率嚴重受限，同時，標簽的功耗也較高，給實用化帶來了阻礙。因此只有通過將雙向多次通信的模式改為單向通信測距，才能實現定位標簽數量的無限增長，然而目前的單向通信測距是采用硬件時間同步的方法，硬件極為復雜，成本太高，而且對于時間同步服務器的依賴性很強，因此難以實施。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，通過參考點的方法，消除各個錨點之間的時鐘差，使得參考站之間的時鐘得到邏輯上的同步，從而實現標簽的高精度被動定位。

本發明提供一種UWB單向定位系統中時間同步的方法，在定位范圍內布設若干已知位置的錨點，在定位范圍內布設已知位置的參考點，參考點上放置的UWB設備具備信號發射功能，錨點上放置的UWB設備具備接受和發射信號功能，定位標簽處的UWB設備只需要具備接收信號功能；通過測量計算出各個錨點與定位標簽之間的電磁波傳播時間差，基于每兩個錨點分別到達定位標簽的時間差，得到定位標簽的坐標；為測量計算電磁波傳播時間差，進行以下操作，

參考點定時發出時標信號；

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

1)錨點狀態設置為信號接收狀態；