[发明专利]一种基于最小二乘平差的UWB多点时延校正方法

说明书

本发明涉及一种基于最小二乘平差的UWB(ultra‑wide band)多点时延校正方法，首先，在地面选取若干均匀分布的控制点，并在这些控制点上采集静态数据，根据获取的静态观测数据，控制点及UWB系统各基站坐标，结合GNSS数据处理方法，采用最小二乘平差思想求解UWB各个基站之间的相对信号传播时间延迟量，以实现UWB基站间的时间同步。本发明针对UWB定位中各基站时钟不同步问题设计，适用于采用同步控制装置进行时间同步控制的UWB定位系统。在计算各基站间信号传播时间的延迟量时，选取多个控制点的观测值联合求解，与单个控制点求解相比，减小了各类观测误差对时延校正的影响，计算结果更加准确，可靠性更强。

技术领域

本发明涉及超宽带(UWB：ultra-wide band)室内导航定位技术数据处理领域，尤其涉及一种用于UWB基站间实现时钟同步的时延校正方法。

背景技术

在过去的几十年中，高精度室外导航定位技术如全球卫星导航系统(GNSS)已日趋成熟，精度已由开始的米级提高到厘米级。随着精密定位技术的发展，GNSS技术在军用与民用领域都得到了广泛应用。同时，室内环境下的高精度导航定位技术也成为了各大研究机构与企业的研究热点。与室外定位相比，室内环境的结构更为复杂，人员和障碍物更为密集，且没有稳定而普适的传感器体系。目前常用的室内定位技术包括超宽带(Ultra-wideband)，射频识别(Radio-Frequency Identification，RFID)，红外线(Infrared-Ray，IR)，超声波(Ultrasound-Wave)，蓝牙以及无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)等技术。

其中，UWB技术是二十世纪中期美国军方开发的一种无线通信技术，21世纪初叶逐步开始转向民用用途。UWB技术具有定位精度高(可达10cm以内)、传输速率高(可达1Gbit/s)、空间容量大、功耗低、隐蔽性好、抗干扰能力强等特点。能够满足一些高精度室内定位场景的需求，如工业测量、军事训练、人员监管、大型场馆导航等领域。

与卫星定位的原理相似，UWB系统也是通过测量信号由标签到各个基站的传播时间来进行定位。由于每个基站都有自己独立的时钟源，且每个基站的时钟源所用的不同晶振都存在不同的频率偏差，该频率偏差并不是个常数。因此各个基站测得的标签信号到达时间(Time of arrival，TOA)不具有相同的时间基准。如果不对该时间同步问题进行处理，将会导致观测数据失效或控制错误，无法准确定位。

针对UWB时钟同步问题，国内外学者做了大量研究。其中大多针对UWB的测距协议，如经典的双程测距法、非对称双边双向测距、对称双边双向测距，以及一些在此基础上改进的测距协议。Decawave公司还研究了在各基站时钟之外，再引入一个同步控制装置，数据从标签发出经基站接受后发送到同步控制装置以实现各时钟的同步。但是这些方法大多是从通讯技术的角度出发，缺少校正过程中的数据分析，也没有考虑到各类随机误差和偶然误差对时间同步校准的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种UWB多点时延校正方法，能够处理UWB室内导航定位等应用中UWB基站时间同步的问题。

本发明参考GNSS卫星钟差解算的思想，结合GNSS数据处理理论，提出了一种基于同步控制装置的UWB多控制点时延校正方法。其基本思想为选取若干离散分布的已知点作为控制点，通过在各个控制点上观测一段时长的静态数据，结合GNSS最小二乘平差及粗差探测方法，求得各个基站相对于基准基站的信号传播时间，即时间延迟量。该方法与传统的与单个控制点校正时延相比，削弱了不同观测环境下观测误差的影响，使时延计算结果更加准确，可靠性更强。

为了达到上述目的，本发明给出的方法技术方案为：

一种基于最小二乘平差的UWB多点时延校正方法，包括：

步骤L1：在UWB系统覆盖范围内选取若干均匀分布的离散的控制点，获取控制点坐标以及UWB系统各个基站的坐标；