[發明專利]基于多基站定位的交叉互驗時鐘同步方法及系統

有效

• 申請號: 201910397798.0
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110121208B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 王聞今;嚴格;羅易凡;侯宏衛;房天昊;吳馳
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

1.基于多基站定位的交叉互驗時鐘同步方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)在定位區域布置多個坐標已知的基站，包括一個主基站和n個從基站；基站個數大于等于4，且任意的4個基站不處于同一個平面；

(2)由主基站發出激活信號，包含本次通訊的發射時間、各從基站休眠時長和任務類型；

(3)各從基站收到激活信號后，讀取出自身休眠時長，記錄接收時間戳和發射時間戳，進入定位狀態，與用戶互相通信得到定位數據；同時，用戶收到激活信號后發射定位信號，與各個基站通信產生定位數據；其中定位信號包含本次通訊的發射時間和任務類型；

(4)各從基站與用戶完成定位過程之后，把本地的定位數據存在發送幀相應的位置，然后全部進入休眠狀態；

(5)各從基站按約定好的順序從A₁到A_n逐一醒來，發送本地反饋信號，將定位數據發送給主基站A₀，在接收到下一條激活信號前持續接收其他從基站的反饋信號；

(6)主基站A₀發完激活信號后接收一切信號，直到檢測到收到終點從基站A_n的反饋信號或者接收定時器超時；讀取出每一條反饋信號的數據，傳給上位機進行處理；在主基站處得到一共F_n組通信收發時間戳，包括主基站A₀與每個從基站間的2n組互相通信時間戳，以及從基站之間的互相通信時間戳，即：

(7)上位機利用F_n組通信收發時間戳信息以及基站間的實測距離構成的線性方程組，用最小二乘法解出同步參數，包括各站晶振頻率、各站間時間軸的偏移量和站間收發時延；其中主基站每輪工作周期都能得到F_n組通信收發時間戳，任意兩個基站之間進行一次通信，就能得到一條同步方程：

其中，為基站A_i記錄的本地發射時間戳，為基站A_j記錄的本地接收時間戳，f_i和f_j分別為基站A_i和A_j的晶振頻率，d_ij是基站A_i和A_j之間的距離，c是光速，τ是發送和接收時延，ε_ij為以基站A_i為參考系下基站A_j的偏移量；

每一輪同步后得到的線性方程組為：

其中，V_n＝2n+2為未知變量的個數；為同步系數，其行向量表示基站i和基站j之間的一次單收單發的通訊過程得到的方程系數，向量d表示與矩陣的行向量對應的通訊基站間的物理距離：

向量中省略部分均為零；

(8)用解得的同步參數矯正定位數據，并將矯正后的定位數據代入定位算法得到用戶的位置。

2.根據權利要求1所述的基于多基站定位的交叉互驗時鐘同步方法，其特征在于：所述步驟(2)中主基站發出的激活信號標志一個工作周期的開始，整個工作周期完全由主基站控制，從基站的工作內容由主基站指定。

3.根據權利要求1所述的基于多基站定位的交叉互驗時鐘同步方法，其特征在于：所述步驟(3)中各從基站接收激活信號后，首先讀取本地接收時間戳，根據幀協議讀取出相應位置的數據，包括激活信號的發射時間、指定的工作內容，包括休眠時長和任務目標；然后在休眠結束后根據讀取的數據確定給哪個目標發送信號。

4.根據權利要求1所述的基于多基站定位的交叉互驗時鐘同步方法，其特征在于：所述步驟(5)中每個從基站在發送的反饋信號中，包含了上一輪工作周期中接收其他從基站反饋信號的同步數據，以及本輪周期中的激活信號同步數據和定位數據；發送完反饋信號后從基站等待下一條激活信號，在接收到下一條激活信號之前一直保持接收狀態，記錄與其他從基站的通信時間戳作為本次同步數據，在下一輪工作周期中發給主基站。

5.根據權利要求1所述的基于多基站定位的交叉互驗時鐘同步方法，其特征在于：所述步驟(7)中，利用最小二乘法得到同步參數解后，利用均值濾波器沿時間對解做平均，提高算法的魯棒性。