一种UWB高精度定位系统的时间同步方法技术方案

一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，所述UWB高精度定位系统包括主定位基站、多个普通定位基站、以及定位标签心跳，普通定位基站的时间同步方法的具体步骤如下：普通定位基站接收主定位基站发送的同步帧信号，主定位基站和普通定位基站接收定位标签心跳的标签心跳帧信号；普通定位基站根据接收到的信号判断是同步帧信号还是标签心跳帧信号，如是同步帧信号，则进入PIC同步计算单元进行计算，如是标签心跳帧信号则进入时钟补偿单元计算。本发明专利技术的有益效果是：可以很好解决时间同步问题并可对误差大的数据自动修正。

A time synchronization method for UWB high precision positioning system

A synchronization method of UWB high precision positioning system, high precision positioning system of the UWB base station, including the main location of a plurality of ordinary positioning base station and positioning label heartbeat synchronization method of ordinary concrete steps are as follows: the base station positioning time ordinary positioning base station receives the base station sends a main frame synchronization signal, the heartbeat label frame the main signal positioning base station and base station receives normal location tag heartbeat; ordinary positioning base station according to the received signal to determine the synchronous frame signal or label heartbeat frame signals, such as synchronous frame signal into PIC calculation unit for synchronous calculation, such as the tag frame signal into the heartbeat clock compensation calculation unit. The beneficial effect of the invention is that the problem of time synchronization can be well solved, and the data with large error can be automatically corrected.

【技术实现步骤摘要】
一种UWB高精度定位系统的时间同步方法
本专利技术涉及一种UWB高精度定位系统的时间同步方法。
技术介绍
UWB(UltraWideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。有人称它为无线电领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。总的来说，UWB在早期被用来应用在近距离高速数据传输，近年来国外开始利用其亚纳秒级超窄脉冲来做近距离精确室内定位。UWB高精度定位系统的时间同步的优良是决定定位精度、定位目标的容量及系统稳定性的重要条件。现有技术的标签定位系统中，由于每个基站Anchor有自己的时钟源，存在频率差，这些频率差不固定，且随各处温度变化。为了实现基站时间同步，采用有线的到达时间差TDOA的时间同步方法，即系统中每个基站anchor之间的距离已知，采用频率产生器产生时钟频率，通过有线发送到系统中的anchor，作为anchor的时钟源，从而实现基站的时间同步，该方法中，由于采用有线传输频率，增加硬件设备成本。另外，还有现有技术中采用无线时间同步方法，系统中每个定位基站anchor之间的距离已知，用来计算信号飞行时间。该同步方法为：在系统的所有定位基站anchor中定义一个主定位基站masteranchor，其余为从定位基站slaveanchor，Masteranchor周期性的发送同步信号，比如150ms，500ms等；masteranchor记录发出的时间，slaveanchor收到的masteranchor发出的同步信息后记录收到的时间，slaveanchor收到的时间减去masteranchor发出的时间，再减去信号的飞行时间即这两者之间的时间偏差，这样就可以实现时间同步了，这个时间偏差由上位机记录。然而，这种方法中，masteranchor周期性的发送数据，相对来说减少了anchor接收时间，进而降低了接收的卡容量。
技术实现思路
本专利技术提出了一种可以很好解决时间同步问题并可对误差大的数据自动修正的UWB高精度定位系统的时间同步方法。本专利技术采用的技术方案是：一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，所述UWB高精度定位系统包括主定位基站、多个普通定位基站、以及定位标签心跳，普通定位基站的时间同步方法的具体步骤如下：普通定位基站接收主定位基站发送的同步帧信号，主定位基站和普通定位基站接收定位标签心跳的标签心跳帧信号；普通定位基站根据接收到的信号判断是同步帧信号还是标签心跳帧信号，如是同步帧信号，则进入PIC同步计算单元进行计算，如是标签心跳帧信号则进入时钟补偿单元计算。进一步，PIC同步计算单元的同步计算公式为：其中，y(n)为经算法修正后的普通定位基站同步包时间戳序列，x(n)为某个普通定位基站收到同步包的时间戳序列，t(n)为主定位基站发送同步的时间戳序列，Kp为比例调节系数，Ki为积分调节系数，e(j)为误差。进一步，PIC同步计算单元首次执行时参数进行初始化，包括：将普通定位基站接收到的时间戳Rx赋予给x(n)；将x(n)赋予给y(n)；将主定位基站发出的时间戳Tx赋予给t(n)；将e(j)赋予给0。进一步，PIC同步计算单元计算后进行同步有效性校验，其具体步骤包括：定义一计算临时变量delta_temp＝y(n)-t(n)，保存前一次计算值的临时变量last_delta_temp＝delta_temp；主定位基站和普通定位基站之间的存在的时钟差delta_diff＝delta_temp-last_delta_temp；在每次的时钟差delta_diff进行时间窗口校准时，将时钟差delta_diff缓存在缓存器中，当缓存器中的个数达到预设个数阈值N时，计算N个delta_diff的算术平均值mean；将平均值mean与当前次同步计算后的delta_diff的差值绝对值与预设差值阈值比较，如在预设差值阈值范围内，则本次同步有效，并将PIC同步参数更新，如不在预设差值阈值范围内，则本次同步无效丢弃本次同步参数更新，PIC同步参数恢复为上一次正确的同步参数值。进一步，delta_diff采用了0.15s间隔内的标准偏差来进行比较，公式如下：delta_diff＝0.15*delta_diff*(t(n)-t(n-1))。进一步，缓存器中的delta_diff个数不满足预设个数阈值N时，不进行同步有效性校验。进一步，预设个数阈值N为50，预设差值阈值为4ns。进一步，时钟补偿单元的同步计算公式如下：其中b(n)为经过算法同步后定位标签心跳包时间戳序列，r(n)为某个普通定位基站收到定位标签心跳包的时间戳序列。本专利技术的有益效果是：可以很好解决时间同步问题并可对误差大的数据自动修正。附图说明图1是本专利技术的UWB高精度定位系统结构示意图。图2是本专利技术的同步计算流程图。图3是本专利技术的同步有效性校验流程图。具体实施方式下面结合具体实施例来对本专利技术进行进一步说明，但并不将本专利技术局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本专利技术涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。参见图1-3，一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，所述UWB高精度定位系统包括主定位基站、多个普通定位基站、以及定位标签心跳TagBlink，普通定位基站的时间同步方法的具体步骤如下：普通定位基站接收主定位基站发送的同步帧信号，主定位基站和普通定位基站接收定位标签心跳的标签心跳帧信号；普通定位基站根据接收到的信号判断是同步帧信号还是标签心跳帧信号，如是同步帧信号，则进入PIC同步计算单元进行计算，如是标签心跳帧信号则进入时钟补偿单元进行计算。本实施例PIC同步计算单元的同步计算公式为：其中，y(n)为经算法修正后的普通定位基站同步包时间戳序列，x(n)为某个普通定位基站收到同步包的时间戳序列，t(n)为主定位基站发送同步的时间戳序列，Kp为比例调节系数，Ki为积分调节系数，e(j)为误差。本实施例PIC同步计算单元首次执行时参数进行初始化，包括：将普通定位基站接收到的时间戳Rx赋予给x(n)；将x(n)赋予给y(n)；将主定位基站发出的时间戳Tx赋予给t(n)；将e(j)赋予给0。本实施例PIC同步计算单元计算后进行同步有效性校验，其具体步骤包括：定义一计算临时变量delta_temp＝y(n)-t(n)，保存前一次计算值的临时变量last_delta_temp＝delta_temp；主定位基站和普通定位基站之间的存在的时钟差delta_diff＝delta_temp-last_delta_temp；delta_diff采用了0.15s间隔内的标准偏差来进行比较，公式如下：delta_diff＝0.15*delta_diff*(t(n)-t(n-1))；在每次的时钟差delta_diff进行时间窗口校准时，将时钟差delta_diff缓存在缓存器中，当缓存器中的个数达到预设个数阈值N＝50时，计算N个delta_diff的算术平均值mean；将平均值mean与当前次同步计算后的delta_diff的差值绝对值与预设差值阈值4ns比较，如在预设差值阈值4ns范围内，则本次同步有效，并将PIC同步参数更新，如不在预设差值阈值4ns范围内，则本次同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，所述UWB高精度定位系统包括主定位基站、多个普通定位基站、以及定位标签心跳，普通定位基站的时间同步方法的具体步骤如下：普通定位基站接收主定位基站发送的同步帧信号，主定位基站和普通定位基站接收定位标签心跳的标签心跳帧信号；普通定位基站根据接收到的信号判断是同步帧信号还是标签心跳帧信号，如是同步帧信号，则进入PIC同步计算单元进行计算，如是标签心跳帧信号则进入时钟补偿单元计算。

【技术特征摘要】
1.一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，所述UWB高精度定位系统包括主定位基站、多个普通定位基站、以及定位标签心跳，普通定位基站的时间同步方法的具体步骤如下：普通定位基站接收主定位基站发送的同步帧信号，主定位基站和普通定位基站接收定位标签心跳的标签心跳帧信号；普通定位基站根据接收到的信号判断是同步帧信号还是标签心跳帧信号，如是同步帧信号，则进入PIC同步计算单元进行计算，如是标签心跳帧信号则进入时钟补偿单元计算。2.根据权利要求1所述的一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，其特征在于：PIC同步计算单元的同步计算公式为：其中，y(n)为经算法修正后的普通定位基站同步包时间戳序列，x(n)为某个普通定位基站收到同步包的时间戳序列，t(n)为主定位基站发送同步的时间戳序列，Kp为比例调节系数，Ki为积分调节系数，e(j)为误差。3.根据权利要求2所述的一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，其特征在于：PIC同步计算单元首次执行时参数进行初始化，包括：将普通定位基站接收到的时间戳Rx赋予给x(n)；将x(n)赋予给y(n)；将主定位基站发出的时间戳Tx赋予给t(n)；将e(j)赋予给0。4.根据权利要求2所述的一种UWB高精度定位系统的时间同步方法，其特征在于：PIC同步计算单元计算后进行同步有效性校验，其具体步骤包括：定义一计算临时变量delta_temp＝y(n)-t(n)，保存前一次计算值的临时变量last_d...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡江，卓长安，孙宇，
申请(专利权)人：杭州品铂科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33