[发明专利]一种利用伪时钟同步的TDOA定位方法

说明书

本发明涉及一种利用伪时钟同步的TDOA定位方法，属于无线通信和精确定位领域，包括：S1：定位标签定时发送定位帧给主基站和三个从基站；S2：主基站发送伪时钟同步消息；S3：主基站和三个从基站接收由主基站发出的伪时钟同步消息，并接收定位标签消息；S4：主基站和三个从基站将伪时钟同步消息的发送时间戳、本地接收时间戳以及接收到定位标签消息的接收时间戳一起打包发送给定位服务器；S5：定位服务器根据四个基站的时间戳数据计算出定位标签到任意两个基站之间的距离差；S6：定位服务器利用任意三个基站的已知坐标和三组距离差，采用坐标解算算法计算出定位标签的坐标。本发明硬件成本低、并发容量大、可靠性高、定位精度高。

技术领域

本发明属于无线通信和精确定位领域，涉及一种利用伪时钟同步的TDOA定位方法。

背景技术

随着信息技术的发展，如今人们对空间位置信息的需求越来越依赖。而对于空间位置的定位技术有很多，比如：超声波定位技术、RFID(射频识别)定位技术、Bluetooth定位技术、WiFi定位技术、ZigBee定位技术和超宽带定位技术等。随之也产生众多的定位算法：RSSI定位算法、AOA定位算法、TOA定位算法和TDOA定位算法等。这些定位技术各有优缺点，其中TDOA定位算法其实就是使用各基站接收信号的时间之差进行定位的。通常我们得到基站接收信号的时间，也就确定了信号源到基站的距离，再根据信号源到各基站的距离为半径画圆，各圆之间的交点就是信号源的位置。但是由于绝对时间一般不容易测得，可以通过信号到达基站的时间差，以基站为焦点建立双曲线，到达时间差乘光速就是两基站到信号源的距离差，则信号源在该双曲线上的点，多个双曲线的交点即为信号源位置，这也就是双曲线数学模型。

由于每个基站都有自己独立的时钟源，使得每个基站测量到的标签信号到达时间(Time Of Arrival，TOA)，没有一定的联系，并且每个基站的时钟源所用的不同晶振都存在不同的频率偏差，该频率偏差并不是个常数，而是随着温度的变化呈现出非线性变化，所以不同基站的晶振本身存在工艺上的差异和与环境温度之间的关系特性是影响时钟同步的主要原因；每个基站的启动时间不同也会导致标签信号的到达时间存在差异；如果主从基站的坐标摆放有偏差，或主从基站之间有障碍物阻挡就会导致计算出来的飞行时间不精确，从而影响无线时钟同步的性能。以上种种原因使得TDOA算法无法正确使用。因为TDOA定位算法要求所有参与定位的基站都基于相同的时钟基准，使得主从基站之间的时钟同步显得尤其重要。

如图1所示，传统TDOA定位系统需要1个单独的时间同步基站来对几个定位基站进行时间同步。如果定位基站只有3个，则定位区域只能是个三角形，实用性太低，而且由于数据源太少，导致定位精度太低；如果定位基站有4个，可以确保有足够多的数据源来进行滤波处理，得到定位精度更高的定位标签坐标，但此方法定位基站加时间同步基站一共有5个，硬件成本过高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用伪时钟同步的TDOA定位方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用伪时钟同步的TDOA定位方法，包括以下步骤：

S1：定位标签定时发送定位帧给主基站和三个从基站；

S2：主基站发送伪时钟同步消息；

S3：主基站和三个从基站接收由主基站发出的伪时钟同步消息，并接收定位标签消息；

S4：主基站和三个从基站将伪时钟同步消息的发送时间戳、本地接收时间戳以及接收到定位标签消息的接收时间戳一起打包发送给定位服务器；

S5：定位服务器根据四个基站的时间戳数据计算出定位标签到任意两个基站之间的距离差；

S6：定位服务器利用任意三个基站的已知坐标和三组距离差，采用坐标解算算法计算出定位标签的坐标。