[发明专利]一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法

权利要求书

1.一种用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，其特征在于，多区域内设有一个主级主定位基站、一个或多个次级主定位基站和多个从定位基站，所述用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，包括：

步骤1、将所有定位基站进行层级划分，位于第0层的定位基站有且仅有主级主定位基站；位于第1层的定位基站，其上级定位基站为主级主定位基站，且第1层包含至少一个次级主定位基站和至少零个从定位基站；位于第i层的定位基站，其上级定位基站为第i-1层中的次级主定位基站，且第i层包含至少一个次级主定位基站和至少零个从定位基站，1iI；位于第I层的定位基站，其上级定位基站为第I-1层中的次级主定位基站，且第I层全部为从定位基站，I为层级划分的总数；

步骤2、接收各层定位基站发送的序列号和时间戳，所述序列号包括同步帧序列号和定位帧序列号，所述同步帧序列号由主级主定位基站发出，所述定位帧序列号由待定位节点发出；

步骤3、基于相同的同步帧序列号将每层的定位基站接收待定位节点定位帧序列号时对应的定位帧接收时间戳逐层转换至主级主定位基站的时钟体系下；

步骤4、基于相同的定位帧序列号，根据响应同一定位帧序列号的定位基站转换后的定位帧接收时间戳计算TDOA值，该TDOA值为响应同一定位帧序列号的定位基站针对当前定位帧的TDOA值，包括：

针对包含定位帧序列号相同的同一定位帧信号，对于响应该定位帧信号的任意两个定位基站p和q，计算定位基站p和q对于该定位帧信号的TDOA值为：

式中，TDOA_pq为定位基站p和q对于同一定位帧信号的TDOA值，blink_p为定位基站p接收该定位帧信号时记录的定位帧接收时间戳转换至主级主定位基站的时钟体系下的时间戳，为定位基站q接收该定位帧信号时记录的定位帧接收时间戳转换至主级主定位基站的时钟体系下的时间戳；

步骤5、根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，剔除异常的TDOA值，保留正常的TDOA值，完成多区域室内定位的TDOA估算。

2.根据权利要求1所述的用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，其特征在于，所述基于相同的同步帧序列号将每层的定位基站接收待定位节点定位帧序列号时对应的定位帧接收时间戳逐层转换至主级主定位基站的时钟体系下，包括：

步骤3.1、针对第j层的定位基站b记录的定位帧接收时间戳的转换，0＜j≤I：

第j-1层主级或者次级主定位基站a对应的序列号和时间戳包括同步帧序列号、定位帧序列号、同步帧发送时间戳和定位帧接收时间戳第j层定位基站b对应的序列号和时间戳包括同步帧序列号、定位帧序列号、同步帧接收时间戳和定位帧接收时间戳

其中，同步帧发送时间戳为第j-1层主级或者次级主定位基站a前一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给第j层定位基站b时记录的发送时间戳，同步帧发送时间戳为第j-1层主级或者次级主定位基站a后一次发送包含同步帧序列号的同步帧信号给第j层定位基站b时记录的发送时间戳，定位帧接收时间戳为第j-1层主级或者次级主定位基站a接收待定位节点发送的包含定位帧序列号的定位帧信号时记录的接收时间戳，同步帧接收时间戳为第j层定位基站b接收到第j-1层主级或者次级主定位基站a前一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，同步帧接收时间戳为第j层定位基站b接收到第j-1层主级或者次级主定位基站a后一次发送的同步帧信号时记录的接收时间戳，定位帧接收时间戳为第j层定位基站b接收待定位节点发送的包含定位帧序列号的定位帧信号时记录的接收时间戳，并且时间戳和对应于定位帧序列号相同的同一定位帧信号；

步骤3.2、计算第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b对于前一次和后一次同步帧信号的时间差为：

式中，μ₁表示对于前一次同步帧信号第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b的时间差，μ₂表示对于后一次同步帧信号第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b的时间差，T^ab表示同步帧信号从第j-1层主级或者次级主定位基站a到第j层定位基站b的飞行时间，即D^ab表示第j-1层主级或者次级主定位基站a与第j层定位基站b之间的距离，根据已知的基站坐标计算可得，c表示光速；

步骤3.2、计算第j-1层主级或者次级主定位基站a和第j层定位基站b之间的时钟频率差为：

步骤3.3、将第j层定位基站b的定位帧接收时间戳转换到第j-1层主级或者次级主定位基站a的时钟体系下为：

式中，为第j层定位基站b的定位帧接收时间戳转换到第j-1层主级或者次级主定位基站a的时钟体系下的时间戳；

步骤3.4、以为待转换的时间戳，继续取上一层主级或者次级主定位基站对应的序列号和时间戳，重复步骤3.1～3.4，直至将第j层的定位基站b记录的定位帧接收时间戳转换至第0层主级主定位基站的时钟体系下。

3.根据权利要求1所述的用于超宽带多区域室内定位的TDOA估算方法，其特征在于，所述根据三角形三边关系定理判断计算得到的TDOA值是否异常，包括：

对于响应定位帧序列号相同的同一定位帧信号的两个基站，取两基站之间的距离对应的光速飞行时间作为判定阈值；

若这两个基站针对定位帧序列号相同的同一定位帧信号的TDOA值的绝对值小于其对应的判定阈值，则判断该TDOA值为正常；否则判断该TDOA值为异常。