[发明专利]一种无线定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种无线定位方法和系统。所述无线定位系统包括包含至少一个同步基站，若干个定位基站和至少一个定位标签，还包括网络通信设备和计算服务器，所述同步基站也可同时用作定位基站，所述同步基站和定位基站还包括高精度时钟。所述方法包括：同步基站间隔一段时间发送一次同步信号；定位基站接收同步信号，并将数据上传到计算服务器；计算服务器对两两定位基站进行时间同步；定位标签每隔一段时间广播一次定位信号；定位基站接收定位信号，并将数据上传到计算服务器；计算服务器计算所述定位标签坐标。

技术领域

本发明涉及传感器测量领域，尤其涉及一种无线定位方法及系统。

背景技术

随着物联网、机器人等新兴领域的发展，高精度室内定位技术越来越受到关注。传统的基于WiFi、蓝牙等技术的室内定位精度较差，通常定位精度只有几米，无法满足高精度定位的需求；基于超声波的定位技术能达到较高的精度，通常为厘米级，但是极易受环境和遮挡物的影响，实用性较差。

超宽带技术(UWB)具有功耗小、抗干扰能力强、抗多径效应能力强等优点，近几年被广泛应用于高精度室内/外定位。其中，使用最多的是基于TOF(Time of Flight,飞行时间)的UWB定位方案，其特点是算法简单，定位精度稳定，然而基于TOF的定位方案需要待定位标签与定位基站双向通信进行测距，其信道占用时间较长，功耗较大；基于AOA(Angle ofArrival,到达角度)的定位方案由于硬件成本较高，通常用于局部定位，较少用于大面积区域的定位；基于TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差)的定位方案无需待定位标签与定位基站双向通信，其一次定位信道占用时间很短，功耗极低，可实现大量定位标签同时定位，应用前景广泛。

基于TDOA的UWB定位方案具有诸多优点，其需解决的技术问题是定位基站间的时间同步问题，现存的技术方案包括有线同步和无线同步。其中，有线同步需要高精度的时间同步装置、严格的布线，设备和施工成本较高；现存完善的无线同步方案较少。

此外，在室内定位中，现存的UWB定位方案通常对建筑物结构要求比较高，需保证开阔无遮挡，对于建筑物结构复杂，或者窄长通道，或者只能单侧安装基站的场景，应用受限。

发明内容

本发明提供一种无线定位方法及系统，实现基于TDOA的UWB定位技术，能很好解决基站间时间同步问题，并能应用于多种场景。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种无线定位方法，应用于一套无线定位系统，所述无线定位系统包括至少一个同步基站、若干个定位基站和至少一个定位标签，还包括网络通信设备和计算服务器，所述同步基站也可同时用作定位基站，所述同步基站和定位基站还包括高精度时钟，所述高精度时钟能达到皮秒级时间分辨率和精度；其中，所述无线定位方法包括：

同步基站间隔某一时间发送一次同步信号，所述间隔的时间可以是一个固定时间，也可以是某一范围内的随机值，较优地可取几十毫秒到几秒，所述同步信号数据包包含源基站唯一标识和同步信号包唯一标识。所述基站唯一标识可以是基站ID；所述同步信号包唯一标识可以是信号包序号，简称包序。

定位基站接收到同步基站的同步信号，获取本地高精度时钟对应的接收时间戳，并将所述接收时间戳、源同步基站ID、本定位基站ID、同步信号包包序通过网络通信设备上传到计算服务器。

计算服务器接收到定位基站上传的上述数据后，对两两定位基站进行时间同步，所述时间同步方法包括：

对于两两定位基站，从它们接收到的同步信号中，找出两组包序相同的同步信号包，利用对应的时间戳计算两基站的时钟频率比，例如基站1接收到同步信号1、同步信号2的时间戳为T11、T12，基站2接收到同步信号1和2的时间戳为T21和T22，则基站1和基站2的时钟频率比为

k12＝(T11–T12)/(T21–T22)；