[发明专利]一种UWB单向定位系统中时间同步的方法

权利要求书

1.一种UWB单向定位系统中时间同步的方法，在定位范围内布设若干已知位置的锚点，其特征在于：在定位范围内布设已知位置的参考点，参考点上放置的UWB设备具备信号发射功能，锚点上放置的UWB设备具备接受和发射信号功能，定位标签处的UWB设备只需要具备接收信号功能；通过测量计算出各个锚点与定位标签之间的电磁波传播时间差，基于每两个锚点分别到达定位标签的时间差，得到定位标签的坐标；为测量计算电磁波传播时间差，进行以下操作，

参考点定时发出时标信号；

每个锚点存储了自身到参考点的电磁波传播时间T_(a,ref)以及各自的发射延迟时间T_d，每个锚点执行如下操作，

1)锚点状态设置为信号接收状态；

2)当锚点收到时标信号后，以自己的时间系统记录收到时标信号的时刻，该时刻的值为T_a+T_(a,ref)，并生成定位报文，定位报文中至少包含该锚点自身到参考点的电磁波传播时间T_(a,ref)与该锚点的发射延迟时间T_d以及该锚点自身的坐标(Xa,Ya,Za)；其中，T_a表示锚点收到时标信号的时刻减去锚点自身到参考点的电磁波传播时间T_(a,ref)，即参考点发出时标信号时锚点自己的时间系统的时刻；

3)等待T_d时间后，该锚点状态设置为发射状态，然后将定位报文发射出去；

定位标签收到定位报文后，以定位标签自身的时间系统记录收到报文的时刻T_t+T_rx，其中T_rx＝T_(a,ref)+T_d+T_(tag,a)，T_(tag,a)为电磁波从锚点到定位标签的传播时间，T_rx表示时标信号从参考点经锚点传输到定位标签的传播时间，T_t表示参考点发出时标信号时定位标签自己的时间系统的时刻；在将定位报文解码后，得到T_(a,ref)与T_d；

所述通过测量计算出各个锚点与定位标签之间的电磁波传播时间差，实现方式如下，

设有两个锚点分别为锚点n和锚点m，当定位标签收到这两个锚点的定位报文后，通过执行如下操作解决锚点之间的时间同步问题，得到各个锚点与定位标签之间的电磁波传播时间差，

1)收到锚点n发出的定位报文时，记录下锚点n发射的定位报文到达定位标签的时刻，T_{an_rx}＝T_t+T_(an,ref)+T_dn+T_(tag,an)

其中，T_(an,ref)、T_dn、T_(tag,an)分别为锚点n到参考点的电磁波传播时间、锚点n的等待时间、锚点n到定位标签的电磁波传播时间，T_t表示参考点发出时标信号时定位标签自己的时间系统的时刻，

则有，

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

2)收到锚点m发出的定位报文时，记录下锚点m发射的定位报文到达定位标签的时刻，T_{am_rx}＝T_t+T_(am,ref)+T_dm+T_(tag,am)

其中，T_(am,ref)、T_dm、T_(tag,am)分别为锚点m到参考点的电磁波传播时间、锚点m的等待时间、锚点m到定位标签的电磁波传播时间，T_t表示参考点发出时标信号时定位标签自己的时间系统的时刻，

则有，

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

3)计算电磁波从锚点n和锚点m分别到达定位标签Tag的时间差为，

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}均由定位标签自身记录定位报文的到达时间得到，而T_(an,ref)、T_dn、T_(am,ref)、T_dm均包含于定位报文中，因此T_(tag,an)–T_(tag,am)的值确定，从而获得了电磁波从锚点n和锚点m分别到达定位标签Tag的时间差。