[发明专利]一种超宽带室内定位方法

权利要求书

1.一种超宽带室内定位方法，包括以下步骤：

步骤一：在室内建立空间直角坐标系，将基站布置在室内空间，测量并记录各个基站的坐标，选定其中一个基站为主基站，测量并记录主基站到其它基站的距离；

步骤二：基站按照信号交流机制发射室内定位信号，室内定位设备接收室内定位信号，利用卡尔曼滤波进行时钟偏差补偿；

步骤三：利用泰勒迭代法估计定位设备空间坐标；

步骤四：重复步骤二～步骤三，得到室内定位结果；

其特征在于：所述的基站按照信号交流机制发射室内定位信号，具体的信号交流机制为：主基站用于协调系统信号交流机制，向其他基站、室内定位设备发送测距信号、时间信息；其他基站为副站，在主基站的控制下，分别向定位设备、主基站发送测距信号、时间信息；定位设备通过接收主基站和副站的测距信号、时间信息；

将现实中均匀流逝的真实时间作为系统时间，每个设备的时钟都是对现实中每个时刻的反映，将其定义为设备时间，设备时间和真实时间具有一一对应的关系，设4个基站和定位设备的时钟起点时刻分别为t₀₁、t₀₂、t₀₃、t₀₄、t₀₅，时钟频率分别为λ₁(t)、λ₂(t)、λ₃(t)、λ₄(t)、λ₅(t)，对于系统中的任一设备i(i＝1,2,...,5)，该设备时间t_device和与之对应的真实时间t′_real满足如下关系：

假设设备i在该设备时间t_send发送一个测距信号，并且该设备对t_send的测量值为经过固定系统时间偏移Δt_i1后，信号在真实时间t′_send离开天线，发射信号过程满足如下关系：

是设备i测量发送时间戳的测量误差，为零均值高斯白噪声；

假设一个测距信号在真实时间t′_receive到达设备i的天线，经过固定系统时间偏移Δt_i2后，在该设备时间t_receive接收该信号，并且该设备对t_receive的测量值为接收信号过程满足如下关系：

φ_i为设备i测量接收时间戳的测量误差，为零均值高斯白噪声；

所述的系统信号交流机制以组为单位进行信号交流：主基站发送一个测距信号，其他任意一个副站和定位设备分别接收来自主基站信号；接着，该副站经过延迟发送另一个测距信号，然后主基站和定位设备分别接收来自该副站的信号，至此完成一组信号交流；主基站、定位设备与每个副站，构成相同的信号交流组；各个信号交流时序组成系统信号交流机制的一个周期；

所涉及的利用卡尔曼滤波进行时钟偏差补偿，包括以下步骤：

1)从信号交流机制中分离出一组信号交流过程，利用接收信号和发射信号模型建立时间的数学模型；

2)结合基站和定位设备的位置信息，建立时间和距离的数学模型；

3)计算时钟偏差补偿系数观测值，即定位设备和基站的时间分辨率比值；

4)建立时钟偏差补偿的状态方程和观测方程，进行卡尔曼滤波解算，得到时钟偏差补偿系数的估计值；

5)通过判断时钟偏差补偿系数观测值相对于时钟偏差补偿系数估计值的差值是否超过门限值，去除观测数据中的野值，得到时钟偏差补偿后的结果。