[发明专利]基于时间校正的TDOA定位方法、系统、装置

说明书

本发明属于室内无线定位技术领域，具体涉及一种基于时间校正的TDOA定位方法、系统、装置，旨在解决TDOA定位功耗大、定位时间同步精度不高的问题。本系统方法包括基于主基站和多个从基站之间时间校正消息的发送时间、到达时间、预设发送间隔，计算时钟漂移，并利用二维卡尔曼滤波方法消除时钟漂移的误差；根据无线卡片发送定位消息时间、各从基站接收时间及消除误差后的时钟漂移，校正各从基站接收到定位消息的时间；计算主基站和校正后的各从基站接收到定位消息的时间差，根据时间差计算卡片到主、各从基站的距离差并构建双曲线方程，求解多个双曲线方程获取无线卡片的位置。本发明降低了TDOA定位的功耗，提高了定位时间同步的精度。

技术领域

本发明属于室内无线定位技术领域，具体涉及一种基于时间校正的TDOA定位方法、系统、装置。

背景技术

目前基于时间的无线定位方式主要有到达时间(TOA)和到达时间差(TDOA)两种。TOA定位，指测量卡片到基站的到达时间乘以电磁波速率，得到卡片和基站之间的距离，从而实现定位。而实际上，由于TOA定位需要卡片和所有基站具有相同的时钟基准的限制，常常使用双向TOA的方式，即卡片向基站发送一个消息包，基站经过一定延时后回复一个应答消息包。此方法可以避免进行卡片和基站间的时间同步，但是要求卡片既可发送又可接收。多次的卡片和基站之间的消息交互将导致系统功耗增加以及系统容量降低，对于高密度低功耗的实时定位系统，并不适用。

TDOA定位，指测量卡片到两个基站的到达时间差乘以电磁波速率，得到卡片到两个基站的距离差，建立双曲线方程完成定位。值得说明的是，TDOA定位实施的前提是基站之间必须进行时间同步，否则不同时钟基准下的到达时间做差，带入定位算法中会使定位误差大大增加。现有的无线时间同步方法多着重协议的设计和对网络的考虑，同步精度大多在微秒级。而在定位场景中，时间同步的结果直接影响定位精度，1ns的时间误差对应30cm的距离误差，因此微秒级的时间同步精度远不能满足定位的需求。

此外，非视距一直是影响定位精度的一个重要因素。由于非视距环境使得信号经过反射、衍射或穿越障碍物等方式到达接收节点，传播时间产生一个正向延迟，无论是定位算法还是时间同步算法，都会受此影响而性能下降，最终表现为定位精度相比视距环境大大下降。而现有的许多定位方法中都避免涉及非视距，常常要求基站和卡片射频信号视距可见，但在复杂的室内环境常常不满足。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决TDOA定位功耗大、定位时间同步精度不高的问题，本发明第一方面，提出了一种基于时间校正的TDOA定位方法，该方法包括：

步骤S10，基于主基站和多个从基站之间时间校正消息的发送时间、到达时间、预设发送间隔，计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移，并利用二维卡尔曼滤波方法消除所述时钟漂移的误差；

步骤S20，根据设置于定位对象上的无线卡片发送定位消息的发送时间、各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间、所述消除误差后的时钟漂移，校正各从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间；

步骤S30，将所述主基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第一时间，将所述校正后的从基站接收到无线卡片定位消息的到达时间作为第二时间，分别计算第一时间与各从基站对应的第二时间的时间差；

根据各所述时间差，计算所述无线卡片到所述主基站和到对应从基站的距离差，并构建其对应的双曲线方程；将得到的多个所述双曲线方程构成双曲线方程组，求解得到所述无线卡片的位置。

在一些优选的实施方式中，步骤S10中“计算各从基站相对于所述主基站的时钟漂移”，对任一从基站，其计算方法为：