[发明专利]用于提高TDOA定位精度的时钟偏移补偿系统及方法

说明书

用于提高TDOA定位精度的时钟偏移补偿系统，包括微控制器MCU，所述微控制器MCU分别通过数字鉴相器控制及数据总线和参考时钟源控制及数据总线与数字鉴相器和参考时钟源建立双向连接，微控制器MCU还通过UWB接收机数据总线分别与第一UWB接收机和第二UWB接收机建立双向连接，第一UWB接收机和第二UWB接收机内部分别设置有第一锁相回路和第二锁相回路，第一锁相回路和第二锁相回路分别通过第一时钟信号线和第二时钟信号线与参考时钟源相连，所述数字鉴相器分别通过第一相位测量线和第二相位测量线与第一时钟信号线和第二时钟信号线相连；本系统具有实现成本低，计算资源消耗小，同步精度达到亚纳秒级，定位精度高等优势。

技术领域

本发明涉及物联网定位技术领域，特别是涉及一种用于提高TDOA定位精度的时钟偏移补偿系统及方法。

背景技术

位置信息获取是实现物联网万物相连的基础技术之一，超宽带(Ultra WideBand，UWB)信号作为一种高精度的定位信号，具有高时间分辨率、穿透性强、对信道衰落不敏感、信号能谱密度低及系统复杂度低等诸多优点，可广泛用于无卫星导航定位的室内外各类环境下的工作人员、物资、车辆定位等场景中，具有非常广阔的应用前景。

基于TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)的定位方法又称为双曲线定位，其原理是通过测量标签发射的UWB信号分别到达一组UWB接收机传播时间的差值，从而得到标签可能位置的一条双曲线；使用多组UWB接收机就可以获得标签的准确位置。由于UWB信号达到接收机的时间是通过接收机本身的计时器测量获得的，根据TDOA定位技术原理，为了获得高精度的到达时间差，一组UWB接收机必须保持较高的时钟同步精度，从而保证定位精度。

现有同步精度较高的有线时钟同步技术是通过使用同一个参考时钟源取代两个UWB接收机各自内部晶振时钟，以消除不同晶振的频率漂移以及频率偏差带来的影响，实现较高质量的时钟同步。理想情况下使用了同源时钟和等长时钟信号线，达到两个接收机的时钟信号应该保持同频率同相位，但是由于实际电路中不可避免的存在传输路径差异和负载特性的差异，到达两个UWB接收机的时钟信号会发生时钟偏移，即存在相位差异；对于超宽带测量系统而言，纳秒级的时钟同步误差会带来30cm的测量误差，如果不考虑相位差，那么时钟同步所能达到的最好同步精度也就是相位差的值；并且在TDOA方法中，相位误差并不是共模误差，不会因为差分运算而消除，会混入最终获得的到达时间差里，从而带来定位误差。为了提高基于TDOA算法的超宽带定位模块的定位精度，需要设计一种补偿时钟偏移的系统和方法。

发明内容

本发明目的就是针对现有技术中的不足，提供一种用于提高TDOA定位精度的时钟偏移补偿系统及方法，以解决现有超宽带测量系统存在相位差异及定位误差等带来的技术缺陷，提高基于TDOA算法的超宽带定位模块的定位精度和同步精度，为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

用于提高TDOA定位精度的时钟偏移补偿系统，包括微控制器MCU，所述微控制器MCU分别通过数字鉴相器控制及数据总线和参考时钟源控制及数据总线与数字鉴相器和参考时钟源建立双向连接，所述微控制器MCU还通过UWB接收机数据总线分别与第一UWB接收机和第二UWB接收机建立双向连接，所述第一UWB接收机和第二UWB接收机内部分别设置有第一锁相回路和第二锁相回路，所述第一锁相回路和第二锁相回路分别通过第一时钟信号线和第二时钟信号线与参考时钟源相连，所述数字鉴相器分别通过第一相位测量线和第二相位测量线与第一时钟信号线和第二时钟信号线相连。

优选的，所述参考时钟源为单一时钟源，并提供时钟驱动。

优选的，所述参考时钟源为第一UWB接收机和第二UWB接收机提供同步的时钟驱动，并在微控制器MCU的控制下叠加输出同步信号SYNC给第一UWB接收机和第二UWB接收机同步复位计时器。

优选的，所述第一时钟信号线与第一相位测量线等长蛇形布线设计，所述第二时钟信号线与第二相位测量线也采用等长蛇形对布线设计。