[发明专利]基于多基站定位的交叉互验时钟同步方法及系统

权利要求书

1.基于多基站定位的交叉互验时钟同步方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在定位区域布置多个坐标已知的基站，包括一个主基站和n个从基站；基站个数大于等于4，且任意的4个基站不处于同一个平面；

(2)由主基站发出激活信号，包含本次通讯的发射时间、各从基站休眠时长和任务类型；

(3)各从基站收到激活信号后，读取出自身休眠时长，记录接收时间戳和发射时间戳，进入定位状态，与用户互相通信得到定位数据；同时，用户收到激活信号后发射定位信号，与各个基站通信产生定位数据；其中定位信号包含本次通讯的发射时间和任务类型；

(4)各从基站与用户完成定位过程之后，把本地的定位数据存在发送帧相应的位置，然后全部进入休眠状态；

(5)各从基站按约定好的顺序从A₁到A_n逐一醒来，发送本地反馈信号，将定位数据发送给主基站A₀，在接收到下一条激活信号前持续接收其他从基站的反馈信号；

(6)主基站A₀发完激活信号后接收一切信号，直到检测到收到终点从基站A_n的反馈信号或者接收定时器超时；读取出每一条反馈信号的数据，传给上位机进行处理；在主基站处得到一共F_n组通信收发时间戳，包括主基站A₀与每个从基站间的2n组互相通信时间戳，以及从基站之间的互相通信时间戳，即：

(7)上位机利用F_n组通信收发时间戳信息以及基站间的实测距离构成的线性方程组，用最小二乘法解出同步参数，包括各站晶振频率、各站间时间轴的偏移量和站间收发时延；其中主基站每轮工作周期都能得到F_n组通信收发时间戳，任意两个基站之间进行一次通信，就能得到一条同步方程：

其中，为基站A_i记录的本地发射时间戳，为基站A_j记录的本地接收时间戳，f_i和f_j分别为基站A_i和A_j的晶振频率，d_ij是基站A_i和A_j之间的距离，c是光速，τ是发送和接收时延，ε_ij为以基站A_i为参考系下基站A_j的偏移量；

每一轮同步后得到的线性方程组为：

其中，V_n＝2n+2为未知变量的个数；为同步系数，其行向量表示基站i和基站j之间的一次单收单发的通讯过程得到的方程系数，向量d表示与矩阵的行向量对应的通讯基站间的物理距离：

向量中省略部分均为零；

(8)用解得的同步参数矫正定位数据，并将矫正后的定位数据代入定位算法得到用户的位置。

2.根据权利要求1所述的基于多基站定位的交叉互验时钟同步方法，其特征在于：所述步骤(2)中主基站发出的激活信号标志一个工作周期的开始，整个工作周期完全由主基站控制，从基站的工作内容由主基站指定。

3.根据权利要求1所述的基于多基站定位的交叉互验时钟同步方法，其特征在于：所述步骤(3)中各从基站接收激活信号后，首先读取本地接收时间戳，根据帧协议读取出相应位置的数据，包括激活信号的发射时间、指定的工作内容，包括休眠时长和任务目标；然后在休眠结束后根据读取的数据确定给哪个目标发送信号。

4.根据权利要求1所述的基于多基站定位的交叉互验时钟同步方法，其特征在于：所述步骤(5)中每个从基站在发送的反馈信号中，包含了上一轮工作周期中接收其他从基站反馈信号的同步数据，以及本轮周期中的激活信号同步数据和定位数据；发送完反馈信号后从基站等待下一条激活信号，在接收到下一条激活信号之前一直保持接收状态，记录与其他从基站的通信时间戳作为本次同步数据，在下一轮工作周期中发给主基站。

5.根据权利要求1所述的基于多基站定位的交叉互验时钟同步方法，其特征在于：所述步骤(7)中，利用最小二乘法得到同步参数解后，利用均值滤波器沿时间对解做平均，提高算法的鲁棒性。