一种多对多的双向测距方法技术

本发明专利技术提供了一种多对多双向测距方法，应用在DS‑TWR的情况下，一次测距过程可以在M个设备和N个设备两两之间进行，完成MⅹN次测距，总共的无线资源块开销为2M+N，在同等测距数量条件下，一对一DS‑TWR无线资源块开销为3MN，一对多DS‑TWR无线资源块开销为M(N+2)，相比之下，应用本发明专利技术提出的多对多双向测距机制使资源利用效率得到很大提升。

【技术实现步骤摘要】
一种多对多的双向测距方法
本专利技术涉及定位导航
，具体涉及一种多对多的双向测距方法。
技术介绍
TOF飞行时间测距法是一种广泛使用的测量两个设备之间距离的方法，通过两个设备之间的多次报文交互，能够获得精确的设备之间的距离。飞行时间测距法有多种不同的实现方式，所需要的报文交互次数也不相同，将两个设备一次测距所需要的报文交互次数记作N0，一般来说，N0为2～4。但是，当需要对数量分别为M和N的两个编组内设备两两进行测距的时候，需要交互的报文数量为N0ⅹMⅹN，大大增加了网络的开销，导致系统并发测距容量不足。因此，为了解决上述问题，需要设计一种减少编组内设备两两测距报文开销的新协议机制。
技术实现思路
为了解决现有技术中需要对数量分别为M和N的两个编组内设备两两进行测距的时候，采用一对多的机制需要较大报文量，大大增加了网络的开销，导致系统并发测距容量不足的问题，提供了一种多对多的双向测距方法，采用多对多发报机制，解决了上述问题。本专利技术提供了一种多对多的双向测距方法，包括以下步骤：S1、将所有的UWB锚节点Anchor维持一个相同的低精度同步时钟；S2、为每一个UWB锚节点Anchor分配一个下行资源Slot编号；S3、UWB锚节点Anchor在每个帧的同一个参考信号Slot发送相同的参考信号；S4、为每个UWB标签节点Tag分配一个不重复的上行资源Slot编号；S5、UWB标签节点Tag开机并监听参考信号；S6、若在第一时间T1中接收到参考信号，则获取当前系统帧号N，并记录下该参考信号的本地接收时间t，运行步骤S7；若未接收到则休眠第二时间T2后重复步骤S6；S7、UWB标签节点Tag计算开始测距的本地时间，UWB标签节点Tag开始周期性的进行测距，UWB锚节点Anchor根据测量得到的结果得到UWB标签节点Tag和UWB锚节点Anchor之间的距离；若UWB标签节点Tag在第三时间T3内没有成功与UWB锚节点Anchor进行测距则进行步骤S6，否则进行步骤S8；S8、完成测距，输出标签节点Tag和UWB锚节点Anchor之间的距离。其中下行资源slot即为下行资源时隙，上行资源slot即为上行资源时隙，参考信号slot即为参考信号时隙。本专利技术所述的一种多对多的双向测距方法，作为优选方式，步骤S2中UWB锚节点Anchor分配下行资源Slot编号的具体方法为：设帧结构中Resp下行资源的数量为N，下行资源时隙以1～N编号且分配有同一时隙资源的所述UWB锚节点之间的物理距离大于干扰阈值。每个基站都提前分配一个下行slot编号，该编号决定了基站在哪一个下行资源slot发送下行Resp消息，设帧结构中Resp下行资源的数量为N，那么下行资源slot编号范围为1～N，编号分配的原则是使相同编号的基站在空间距离上尽可能远，避免产生冲突。本专利技术所述的一种多对多的双向测距方法，作为优选方式，步骤S4中UWB标签节点Tag分配上行资源Slot编号的方法具体为：设标签节点Tag的测距频率是每秒1次，每秒有1/FrameDuration个测距帧，每个测距帧内有M个上行资源slot，UWB标签节点Tag的TagID的编号范围为1～M/FrameDuration；计算公式为：SlotId＝TagId％M其中FarmeID为UWB标签节点Tag自身预分配的上行资源Frame编号，SlotID为上行资源slot编号，FrameDuration为Frame的时长。上文中所述的下行资源slot编号范围、TagID的编号范围的编号方式为对待编号的Anchor或者Tag，依次按照编号范围编号。本专利技术所述的一种多对多的双向测距方法，作为优选方式，步骤S7计算开始测距的本地时间具体方法为：计算UWB标签节点Tag下次开始测距流程所使用的Poll上行资源slot的本地时间，具体算法为：t′＝t+(TFID-N)％FrameNum*FrameDuration+ts其中，FrameNum为一个测距周期内Frame的数量，FrameDuration为Frame的时长，ts为TSId对应的Slot在Frame内部的时间偏移量。本专利技术所述的一种多对多的双向测距方法，作为优选方式，步骤S7中UWB标签节点Tag开始周期性的进行测距，UWB锚节点Anchor根据测量得到的结果得到UWB标签节点Tag和UWB锚节点Anchor之间的距离的具体方法为：记UWB标签节点的数目为M，UWB锚节点为N，所有的UWB标签节点使用不同的资源块依次向所有UWB锚节点发送广播报文Poll，同时记录各自的发送时间，记第X个标签节点(1≤X≤M)的发送时间为T1x，T1x数值等于步骤4中第X个标签计算得到的t’，UWB锚节点分别记录各自接收到所有标签节点发送的Poll报文的时间，记第Y个UWB锚节点(1≤Y≤N)接收到第X个标签节点发送Poll报文的时间为T2XY，UWB锚节点再分别使用不同的资源块发送广播报文Resp给UWB标签节点，UWB锚节点分别记录报文Resp的各自发送时间，记第Y个锚节点的报文Resp发送时间为T3Y，UWB标签节点分别接收到各个锚节点发送的报文Resp并记录接收时间，记第X个UWB标签节点接收到第Y个锚节点报文Resp的时间为T4YX，UWB标签节点再分别使用不同的资源块发送广播报文Final给所有UWB锚节点，第X个标签节点发送的报文Final中包含T1x，T4yx(y＝1，2...N)以及报文Final自身的发送时间T5x,UWB锚节点分别记录各自接收到所有标签节点发送的Final报文的时间，记第Y个UWB锚节点接收到第X个标签节点发送Final报文的时间为T6XY按以下公式计算飞行时间TpropXYTround1XY＝T4YX-T1X；Treply1XY＝T3Y-T2XY；Tround2XY＝T6XY-T3Y；Treply1XY＝T5X-T4YX；本专利技术所述的一种多对多的双向测距方法，作为优选方式，参考信号的内容为当前的帧号FrameId,FrameID与时钟的关系为:其中Time为系统时钟，FrameDuration为每一帧的时长，FrameNum为一个周期内Frame的数量。由于不同的基站发送的参考信号相同，标签接收到不同基站的参考信号可以等效为同一个参考信号的多径信号叠加，因此不会对信号接收产生干扰。本专利技术有益效果如下：(1)本方法应用多对多机制，相比传统一对多或一对一方式，资源利用效率得到较大提升；(2)本方法在完成同样测距数量的前提下，所需要发送的报文数量减少，显著降低了资源块开销数量。附图说明图1为一种多对多的双向测距方法流程图；图2为一种多对多的双向测距方法UWB锚节点Anchor分配下行资源Slot编号示意图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多对多的双向测距方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、将所有的UWB锚节点维持一个相同的同步误差优于1e-4s的低精度同步时钟；/nS2、为每一个所述UWB锚节点分配一个下行资源时隙编号；/nS3、所述UWB锚节点在每个帧的同一个参考信号时隙发送相同的参考信号；/nS4、为每个UWB标签节点Tag分配一个不重复的上行资源时隙编号；/nS5、所述UWB标签节点开机并监听参考信号；/nS6、若所述UWB标签节点在第一时间T1中接收到参考信号，则获取当前系统帧号N，并记录下该参考信号的本地接收时间t，运行步骤S7；若未接收到参考信号则休眠第二时间T2后重复步骤S6；/nS7、所述UWB标签节点计算开始测距的本地时间，所述UWB标签节点开始周期性的进行测距，所述UWB锚节点根据测量得到的结果得到所述UWB标签节点和所述UWB锚节点之间的距离；若所述UWB标签节点在第三时间T3内没有成功与所述UWB锚节点进行测距则进行步骤S6，否则进行步骤S8；/nS8、完成测距，输出所述标签节点Tag和所述UWB锚节点之间的距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种多对多的双向测距方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将所有的UWB锚节点维持一个相同的同步误差优于1e-4s的低精度同步时钟；
S2、为每一个所述UWB锚节点分配一个下行资源时隙编号；
S3、所述UWB锚节点在每个帧的同一个参考信号时隙发送相同的参考信号；
S4、为每个UWB标签节点Tag分配一个不重复的上行资源时隙编号；
S5、所述UWB标签节点开机并监听参考信号；
S6、若所述UWB标签节点在第一时间T1中接收到参考信号，则获取当前系统帧号N，并记录下该参考信号的本地接收时间t，运行步骤S7；若未接收到参考信号则休眠第二时间T2后重复步骤S6；
S7、所述UWB标签节点计算开始测距的本地时间，所述UWB标签节点开始周期性的进行测距，所述UWB锚节点根据测量得到的结果得到所述UWB标签节点和所述UWB锚节点之间的距离；若所述UWB标签节点在第三时间T3内没有成功与所述UWB锚节点进行测距则进行步骤S6，否则进行步骤S8；
S8、完成测距，输出所述标签节点Tag和所述UWB锚节点之间的距离。


2.根据权利要求1所述的一种多对多的双向测距方法，其特征在于：所述步骤S2中所述UWB锚节点分配下行资源时隙编号的具体方法为：
设帧结构中Resp下行资源的数量为N，下行资源时隙以1～N编号且分配有同一时隙资源的所述UWB锚节点之间的物理距离大于干扰阈值。


3.根据权利要求1所述的一种多对多的双向测距方法，其特征在于：所述步骤S4中所述UWB标签节点分配上行资源时隙编号的方法具体为：
设所述标签节点Tag的测距频率是每秒1次，每秒有1/FrameDuration个测距帧，每个测距帧内有M个上行资源时隙，所述UWB标签节点的TagID的编号范围为1～M/FrameDuration；
计算公式为：



SlotId＝TagId％M
其中所述FarmeID为所述UWB标签节点自身预分配的上行资源Frame编号，所述SlotID为上行资源时隙编号，FrameDuration为Frame的时长。


4.根据权利要求1所述的一种多对多的双向测距方法，其特征在于：所述步骤S7计算开始测距的本地时间具体方法为：
计算所述UWB标签节点下次开始测距流程所使用的Poll上行资源时隙的本地时间，具体算法为：
t′＝t+(TFID-N)％F...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐珂，
申请(专利权)人：北京凡星位航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11