[发明专利]一种UWB单向定位系统中时间同步的方法

说明书

本发明提供一种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。本发明应用时定位标签容量可以无限扩展，同时标签功耗得以降低，而且整体结构简单，易于实现。

技术领域

本发明属于定位技术，涉及基于UWB以及TDOA技术定位的方法。

背景技术

室外定位技术已经非常成熟，市场上有多种GNSS设备可以满足不同用户从米级到毫米级的各种需求。而事实上，众多行业都对室内定位技术提出越来越高的要求，例如物联网行业，工业厂房，旅游行业，商业场所，机场，消防，公安，军用，停车场，医疗，机器人，无人机，隧道矿井等。对于室内定位，虽然目前有多种解决方案，例如基站定位，WIFI指纹定位，超声波定位，蓝牙定位，地磁定位，伪卫星定位，UWB(Ultra-Wideband，超宽带)定位等，但是由于技术局限以及成本问题，目前尚未有像GNSS定位技术一样让不同级别用户满意的成熟产品，更进一步说，这些技术要么定位精度无法满足要求，只能满足低精度用户的需求，要么成本太高，难以推广。

目前使用较多的室内定位技术解决方案中，目前来看UWB定位的结果最为精确，而且UWB的传播特性使其抗干扰、抗多径以及穿透性能明显好于其他技术，因此具有良好的发展前景。UWB定位的基础是测量电磁波的传播时间进行测距，再进一步用测距结果进行定位。目前的方法是首先是通过一定的通讯协议，测量电磁波在锚点与标签之间的飞行时间(有时也测量它们之间的相对方向)，由于电磁波在空气中的传播速度即光速，由此即可计算出锚点和标签之间的距离。但是由于各个锚点以及标签的时钟源通常采用温补晶振甚至普通晶振，因此存在时钟偏差以及时钟漂移的问题，导致各个锚点以及标签的时间无法同步，而目前采取的方法是依靠控制锚点与标签之间多次通信来消除时钟不同步的问题，以得到较为精确的测距和定位结果。这种多次通信操作在标签以及锚点的数量增多以后，效率会急剧下降，定位刷新率严重受限，同时，标签的功耗也较高，给实用化带来了阻碍。因此只有通过将双向多次通信的模式改为单向通信测距，才能实现定位标签数量的无限增长，然而目前的单向通信测距是采用硬件时间同步的方法，硬件极为复杂，成本太高，而且对于时间同步服务器的依赖性很强，因此难以实施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，通过参考点的方法，消除各个锚点之间的时钟差，使得参考站之间的时钟得到逻辑上的同步，从而实现标签的高精度被动定位。

本发明提供一种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，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；