[发明专利]一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法

说明书

本发明公开了一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，多区域内设有一个主级主定位基站、一个或多个次级主定位基站和多个从定位基站，包括将所有定位基站进行层级划分，接收各层定位基站发送的序列号和时间戳，序列号包括同步帧序列号和定位帧序列号，基于相同的同步帧序列号将每层的定位基站接收待定位节点定位帧序列号时对应的定位帧接收时间戳逐层转换至主级主定位基站的时钟体系下，基于相同的定位帧序列号根据响应同一定位帧序列号的定位基站转换后的定位帧接收时间戳计算TDOA值，根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常。本发明实现了多区域定位基站的时钟同步和对待定位节点/标签的定位。

技术领域

本申请属于室内定位技术领域，具体涉及一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法。

背景技术

伴随着物联网(IOT)技术的发展，各行各业对室内定位信息的需求也日益增大。室内环境复杂，无线信号在传播过程中存在反射、折射、衍射等现象，超宽带(UWB)因其上百兆的带宽，具有较强的多径分辨能力、抗干扰能力、穿透力等，当用于室内定位时，其在定位结果的精确性和实时性方面具有绝对的优势。

利用UWB进行室内定位基本都是基于距离测量的方法，主要包括基于飞行时间(TOF)的方法和基于到达时间差(TDOA)的方法。基于测距的方法对时间误差非常敏感，1微秒钟差足够产生300米的误差，所以不管是基于TOF还是TDOA的定位方法，都需要对不同的节点进行时钟同步。然而，基于TOF的定位方法需要实现待定位节点和各定位基站的时钟同步，基于TDOA的定位方法仅仅只需要实现各定位基站间的时钟同步，所以，目前基于TDOA的定位方法应用较多。

目前市场上基于TDOA的时钟同步技术方案主要是无线单向通信模式来实现定位基站基于TDOA的时钟同步，该同步方案基本仅仅应用于单区域(一个主定位基站和三个从定位基站)，即使是应用于多区域(多个主定位基站和多个从定位基站)，也基本都是多个单区域同步方案的简单拼接，这种简单拼接往往导致一些问题的出现，具体表现如下：

1)虽然同一区域的定位基站同步后处于同一时钟体系下，但是不同区域的定位基站仍旧处于不同的时钟体系；

2)针对正在进行跨区域的待定位节点/标签，会出现定位不准确的问题；

3)在进行多区域定位基站部署时，按照多个单区域定位基站拼接的方式进行时，对于区域交界处，需要额外布置多个定位基站，增加了设备冗余、施工工作量和设备成本。

发明内容

本申请一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，实现多区域定位基站的时钟同步和对待定位节点/标签的定位。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，多区域内设有一个主级主定位基站、一个或多个次级主定位基站和多个从定位基站，所述用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，包括：

步骤1、将所有定位基站进行层级划分，位于第0层的定位基站有且仅有主级主定位基站；位于第1层的定位基站，其上级定位基站为主级主定位基站，且第1层包含至少一个次级主定位基站和至少零个从定位基站；位于第i层的定位基站，其上级定位基站为第i-1层中的次级主定位基站，且第i层包含至少一个次级主定位基站和至少零个从定位基站，1iI；位于第I层的定位基站，其上级定位基站为第I-1层中的次级主定位基站，且第I层全部为从定位基站，I为层级划分的总数；

步骤2、接收各层定位基站发送的序列号和时间戳，所述序列号包括同步帧序列号和定位帧序列号，所述同步帧序列号由主级主定位基站发出，所述定位帧序列号由待定位节点发出；

步骤3、基于相同的同步帧序列号将每层的定位基站接收待定位节点定位帧序列号时对应的定位帧接收时间戳逐层转换至主级主定位基站的时钟体系下；