[发明专利]一种基于时间测量的定位方法、相关设备及系统

说明书

本发明实施例公开一种基于时间测量的定位方法、设备及系统。方法包括：请求方分别与多个响应方进行时间测量，根据测量结果计算出请求方的位置。其中，请求方与每一个响应方进行时间测量得到的测量结果包括时间标签t1、t2、t3和t4，t1是响应方发送测量帧的时间，t2是请求方接收测量帧的时间，t3是请求方发送针对测量帧的应答帧的时间，t4是响应方接收应答帧的时间。其中，应答帧是请求方在接收完毕测量帧的最后一个符号后，等待一个随机产生的短帧间间隔后发送的。随机产生的短帧间间隔是在标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生的。上述方案可避免站点的位置被接入点或接入点系统获知，提高了站点定位的私密性。

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种基于时间测量的定位方法、相关设备及系统。

背景技术

WiFi(Wireless Fidelity，中文：无线高保真)标准IEEE 802.11中定义了两个无线通信节点间的精细时间测量(Fine Time Measurement，FTM)过程，如图1A所示。以传输块周期(Burst Period)中的第一次FTM测量过程为例，FTM过程具体如下：在请求方，例如站点(Station，STA)(通常是手机等终端设备)，向响应方，例如接入点(Access Point，AP)，发送FTM测量请求之后，应答请求方，并向请求方发送测量帧FTM_1，并记录测量帧FTM_1的发出时间t1_1。相应的，请求方接收到测量帧FTM_1，并记录测量帧FTM_1的接收时间t2_1。在接收完毕测量帧FTM_1之后，请求方根据IEEE 802.11的规定等待一个固定时间：短帧间间隔(Short Interframe Space，SIFS)，然后向响应方发出一个应答(ACK)帧，并记录该应答帧的发出时间t3_1。相应的，响应方接收该应答帧，并记录接收时间t4_1。如图1A所示，响应方会在下一个FTM测量帧FTM_2中将捕捉的时间标签(t1_1，t4_1)发送给请求方，使得请求方可以根据时间t1_1，t2_1，t3_1和t4_1计算出自己与响应方之间的距离。

参考IEEE 802.11可知，消息(测量帧或应答帧)在接入点与站点之间的单程飞行时间(Time of Flight，ToF)等于：[(t4-t1)-(t3-t2)]/2。那么，所述站点可以根据下述公式计算出所述接入点与所述站点之间的距离r：r＝C×[(t4-t1)-(t3-t2)]÷2，其中，C是光速。

现有技术中采用的比较典型的定位方法就是三角定位法(Trilateration)。如图2所示，在一个平面中，对于STA来说，三个AP(AP1、AP2和AP3，不在一条直线上)的位置已知。以每一个AP所在位置为圆心，STA到该AP的距离为半径画圆，STA处于该圆圈的圆周上。三个圆圈的交点即STA的位置。

三角定位的数学公式如下：

其中，r₁、r₂和r₃可以根据各个AP分别与STA之间的ToF乘以光速得出。从上述公式可以看出，STA可以根据三个位置已知的AP，以及STA分别到这三个AP的消息飞行时间计算出自身的位置。上述定位方法也可以扩展到三维(3D)空间中，在三维空间中定位时，还需获得STA与额外一个AP之间的距离计算式，即STA需要至少4个AP(不在一个平面上)来定位自身位置。

对于图1B中的AP，以AP1为例，AP1已知自己的位置(x_AP1，y_AP1)、t1和t4。虽然STA没有将t2和t3告知AP1，但是从上述计算过程可以看出，AP1只需要知道(t3-t2)便可计算出STA到AP1的距离。