[发明专利]一种基于TOF的UWB基站时钟同步和标定的室内定位方法

说明书

本发明提供一种基于TOF的UWB基站时钟同步和标定的室内定位方法，所有基站固定后，由标准基站分别广播路由信息、时钟调整包及测距包，标准基站广播范围内的基站接收路由信息后建立自身的路由信息并逐层传播；标准基站广播范围内的基站接收时钟更新数据包后向标准基站发送时钟数据包，标准基站计算时钟差后广播时钟调整包给广播范围内的基站。标准基站广播范围外的基站接收上级基站的时钟调整包完成时钟同步并逐层向下传播；各基站接收测距包后逐层向下广播并根据路由表向上级基站发送距离信息，上级基站接收后逐层向上发送最后到达标准基站；标准基站根据距离计算各个基站坐标。本发明可以解决室内定位基站时钟同步与坐标初始化问题。

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，具体涉及一种基于TOF的UWB基站时钟同步和标定的室内定位方法。

背景技术

无线电TODA(Time Difference of Arrival，到达时间差法)定位技术需要若干固定的UWB(Ultra Wide Band，超宽带)基站来确定待定位标签的位置，这些基站需要提前进行时钟同步，确保时间一致。在实际应用中，因为客观的环境限制或者测量仪器的限制，人工测量得出的基站距离存在一定的误差，基站与基站之间的时钟同步也无法人工调节实现，从而导致室内定位结果出现较大误差。为了减少误差，去除人工测距和时钟无法同步带来的影响，需要在基站安装完成后由设备自动进行时钟的同步及基站坐标的确定。然而现有方法不能解决上述问题，如果增加额外的设备对其进行定位和时间校对，除了会增加系统复杂度外，也会增加设备成本。为此，本发明提供一种基于TOF(Time of flight，飞行时间)的UWB基站时钟同步和标定的室内定位方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于TOF的UWB基站时钟同步和标定的室内定位方法，具体方案如下：

一种基于TOF的UWB基站时钟同步和标定的室内定位方法，包括以下步骤：

步骤一，i级基站向i+1级基站广播自身的路由信息，所述i+1级基站根据接收到的路由信息更新自身的路由表并向自身的下级基站广播自身的路由信息；i+1级基站以首先接收到的路由信息对应的i级基站作为上级基站；0≤i≤N，N为基站的级数；定义与计算机相连的基站为标准基站，将所述标准基站记为0级基站，此时i＝0；

步骤二，i级基站向i+1级基站广播自身的时钟更新数据包，所述i+1级基站接收所述时钟更新数据包后根据自身的路由表将时钟数据包广播给i级基站；i级基站根据所述时钟数据包计算得到时间差，然后i级基站向对应的i+1级基站广播包括所述时间差的时钟调整包；i+1级基站根据所述时钟调整包完成与i级基站的时钟同步；

步骤三，i级基站向i+1级基站广播测距包，i+1级基站根据所述测距包将自身的测距返回包根据路由信息返回给i级基站，将收到的测距包向下一级基站广播；所述标准基站根据接收到的测距返回包计算对应两个基站之间的距离；

步骤四，根据基站间的距离构建基站坐标系；

步骤五，在所述基站坐标系中对待定位标签进行定位。

基于上述，步骤一中，所述路由信息包括基站自身ID和路由更新编号；i+1级基站根据接收到的路由信息将自身路由表中下一跳的地址更新为最先接收到的i级基站的ID。

基于上述，步骤二中，所述时钟更新数据包包括基站自身ID、时钟同步编号和发送时钟更新数据包时的时间T₁；所述时钟数据包包括基站自身ID、时钟同步编号、上级基站的ID、接收的时钟更新数据包中的时间T₁和发送时钟数据包的时间T₂；

所述时间差Δt₁的计算公式为：

其中，T₃为上级基站接收时钟数据包的时间。