基于无线TOF的快速定位方法及系统技术方案

一种基于无线TOF的快速定位方法及系统，该方法包括步骤一、通过待定位的标签向至少三个基站广播测距请求；步骤二、待步骤一中的各个基站均收到测距请求后，各个基站根据服务器中预设的时间顺序，逐一向标签发送应答报文；步骤三、待标签收齐步骤二中的所有应答报文后，通过标签汇总生成最终报文，并将最终报文向各个基站广播；步骤四、待各个基站接收到最终报文后，各个基站根据各自的ID提取其中对应的时间戳数据，并以此计算各自与标签之间的距离；步骤五、根据各个基站与标签之间的距离，由服务器计算标签所在位置；其具有高效率定位，提升了系统容量，降低功耗的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于无线TOF的快速定位方法及系统
本专利技术涉及无线定位
，特别涉及一种基于无线TOF的快速定位方法及系统。
技术介绍
无线双向对称测距（SDS-TWR）是一种高精度的测距方法，例如TOF测距方法。TOF测距方法可以理解为飞行时差测距（TimeofFlightMeasurement）方法，它主要利用信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。参照图1以说明TOF测距的基本原理，本地节点A向远程节点B发送一个Poll数据包，当B节点接收到Poll数据包时，会自动应答一个Response数据包。A节点记录自发出Poll数据包到接收到Response数据包经过的时间为TTOT；B节点记录自接收到Poll数据包到发出Response数据包经过的时间为TTAT；用总时间TTOT减去周转时间TTAT，即为A、B节点的数据包（poll、Response）在空中飞行度过的往返时间，记为TRTT。假定在每个方向发生的飞行时间TTOF等于50%的往返时间TRTT，则有：TTOF=TRTT/2=(TTOT-TTAT)/2，计算出TTOF后，可计算得到A、B节点之间的距离D，D=TTOFc（c代表光速，电磁波是光波的一种,所以其速度和光速一样）。实时定位系统，即RTLS（RealTimeLocationSystems），是一种基于无线电信号的定位手段。在一个分布有多个固定基站的定位系统中，如果通过无线测距技术获知待定位标签与各个基站之间的距离，即可计算出标签所在位置，如图2示意的基于无线TOF测距技术的定位系统，它包括待定位的标签X，以及分布于附近的基站a、基站b、基站c，通过TOF测距可确定标签X距离基站a的距离Da、距离基站b的距离Db、距离基站c的距离Dc，分别以基站a、基站b、基站c为圆心，Da、Db、Dc为半径作圆，计算三个圆的交点即为标签X所在位置，实现对标签X的实时定位。但是在该基于TOF的定位系统中，待定位的标签需要逐一轮流地与每个基站进行测距，以图2中的基于无线TOF测距技术的定位系统为例，请参见图3，图中由上至下按照时序，标签X先与基站a进行测距,标签X与基站a之间的报文收发构成一个轮回，一个轮回包含三个（图中测距请求Poll、应答报文Response、结果报文Final）甚至更多个报文，轮回结束即完成一次测距，耗时T1，之后标签X与基站b进行测距，重复上述轮回，耗时T2，最后标签X与基站c进行测距，重复上述轮回，耗时T3，为避免冲突，下一次poll数据包的发出时间与前一次final数据包的被接收时间间隔时间Ts由图可见，定位的总耗时是T1、T2、T3及Ts的累加。假设每次测距的耗时相等，若一次测距需要2ms，和四个基站完成测距就需要8ms，和八个基站完成测距就需要16ms，由于每个标签都需要和所有基站轮流测距，导致定位系统的效率低下，并且随着基站的增加，定位系统的效率会成比例地降低。
技术实现思路
本专利技术的目的一在于提供一种基于无线TOF的快速定位方法，具有提高系统效率的优点。本专利技术的上述目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种基于无线TOF的快速定位方法，包括步骤一、通过待定位的标签向至少三个基站广播测距请求；步骤二、待步骤一中的各个基站均收到测距请求后，各个基站根据服务器中预设的时间顺序，逐一向标签发送应答报文；步骤三、待标签收齐步骤二中的所有应答报文后，通过标签汇总生成最终报文，并将最终报文向各个基站广播；步骤四、待各个基站接收到最终报文后，各个基站根据各自的ID提取其中对应的时间戳数据，并以此计算各自与标签之间的距离；步骤五、根据各个基站与标签之间的距离，由服务器计算标签所在位置。通过采用上述技术方案，改变了现有的标签与多基站之间测距的机制，现有的标签与多基站测距机制为轮流制，标签与每一个基站的测距相互独立，在时域上不重叠，这导致完成定位的耗时难以被压缩，系统效率降低，而本方案以批量操作的思想，设计了广播测距请求、批量收集应答报文生成一个最终报文以及广播该最终报文的新机制，其实质为将完成一次测距中必然包含的多个步骤分解，并将相同步骤批量操作，在保证数据不冲突的前提下，实现每一独立的测距在时域上的重叠，节约了现有技术中标签针对每一应答报文需轮流生成多个结果报文的耗时，以及通过由标签向各个基站轮流发送测距请求和结果报文的耗时，压缩了定位耗时，提高了系统效率；另外和现有的TDOA相比，测距方式实现的定位系统普遍存在系统容量低的问题，比如在拥有4个基站的模式下，一次定位需要8ms，1秒最大只能达到125Hz（1000ms/8ms=125Hz），而采用本方案可以达到330Hz；再者，由于测距耗时的缩短，标签处于工作的时间缩短，休眠时间增加，标签的功耗降低，理论上可以将电池的工作待机时间增加一倍。进一步，步骤二中，服务器预设的时间顺序中，相邻的应答报文发送时间点间隔一预设时差Tc。通过采用上述技术方案，相邻的应答报文的发送时间点间隔预设时差Tc能降低应答报文出现冲突的风险。进一步，预设时差Tc的时长大于任一应答报文的最大飞行时长。通过采用上述技术方案，在上一次应答报文送达标签之后，才有下一次应答报文的发出，能够使应答报文出现冲突的风险进一步降低。进一步，步骤三中，在标签中设定有一超时时间Tm，当接收应答报文的总时长超出该超时时间Tm时，则判断已将所有应答报文收齐。通过采用上述技术方案，设置超时的方式判断应答报文是否收齐较为简单易于实现。进一步，Tm=nTc，n为基站数量。通过采用上述技术方案，根据基站数量n以及预设时差Tc，获取超时时间的方式较为简单。本专利技术的目的二在于提供一种基于无线TOF的快速定位方法，具有提高定位速度，提升系统效率的优点。本专利技术的上述目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种基于无线TOF的快速定位系统，包括通过待定位的标签向至少三个基站广播测距请求的请求装置；用于待各个基站均收到请求装置中的测距请求后，根据服务器中预设的时间顺序，通过各个基站逐一向标签发送应答报文的应答装置；用于待标签收齐应答装置中的所有应答报文后，通过标签汇总生成最终报文，并将最终报文向各个基站广播的回传装置；用于待各个基站接收到最终报文后，由各个基站根据各自的ID提取其中对应的时间戳数据，并以此计算各自与标签之间的距离的算距装置；用于根据各个基站与标签之间的距离，通过服务器计算标签所在位置的定位装置。通过采用上述技术方案，改变了现有的标签与多基站之间测距的机制，现有的标签与多基站测距机制为轮流制，标签与每一个基站的测距相互独立，在时域上不重叠，这导致完成定位的耗时难以被压缩，系统效率降低，而本方案以批量操作的思想，设计了广播测距请求、批量收集应答报文生成一个最终报文以及广播该最终报文的新机制，其实质为将完成一次测距中必然包含的多个步骤分解，并将相同步骤批量操作，在保证数据不冲突的前提下，实现每一独立的测距在时域上的重叠，节约了现有技术中标签针对每一应答报文需轮流生成多个结果报文的耗时，以及通过由标签向各个基站轮流发送测距请求和结果报文的耗时，压缩了定位耗时，提高了系统效率；另外和现有的TDOA相比，测距方式实现的定位系统普遍存在系统容量低的问题，比如在拥有4个基站的模式下，一次定位需要8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线TOF的快速定位方法，其特征是：包括步骤一、通过待定位的标签向至少三个基站广播测距请求；步骤二、待步骤一中的各个基站均收到测距请求后，各个基站根据服务器中预设的时间顺序，逐一向标签发送应答报文；步骤三、待标签收齐步骤二中的所有应答报文后，通过标签汇总生成最终报文，并将最终报文向各个基站广播；步骤四、待各个基站接收到最终报文后，各个基站根据各自的ID提取其中对应的时间戳数据，并以此计算各自与标签之间的距离；步骤五、根据各个基站与标签之间的距离，由服务器计算标签所在位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线TOF的快速定位方法，其特征是：包括步骤一、通过待定位的标签向至少三个基站广播测距请求；步骤二、待步骤一中的各个基站均收到测距请求后，各个基站根据服务器中预设的时间顺序，逐一向标签发送应答报文；步骤三、待标签收齐步骤二中的所有应答报文后，通过标签汇总生成最终报文，并将最终报文向各个基站广播；步骤四、待各个基站接收到最终报文后，各个基站根据各自的ID提取其中对应的时间戳数据，并以此计算各自与标签之间的距离；步骤五、根据各个基站与标签之间的距离，由服务器计算标签所在位置。2.根据权利要求1所述的基于无线TOF的快速定位方法，其特征是：步骤二中，服务器预设的时间顺序中，相邻的应答报文发送时间点间隔一预设时差Tc。3.根据权利要求2所述的基于无线TOF的快速定位方法，其特征是：预设时差Tc的时长大于任一应答报文的最大飞行时长。4.根据权利要求2或3所述的基于无线TOF的快速定位方法，其特征是：步骤三中，在标签中设定有一超时时间Tm，当接收应答报文的总时长超出该超时时间Tm时，则判断已将所有应答报文收齐。5.根据权利要求4所述的基于无线TOF的快速定位方法，其特征是：Tm=nTc，n为基站数量。6.一种基于无线TO...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘献友，
申请(专利权)人：南京宝华智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32