一种基于超宽带定位的TDOA调度系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超宽带定位的TDOA调度系统和方法，其中调度系统包括同步基站，至少四个普通基站，数据中转模块，PC端，移动标签。同步基站用于周期广播同步消息；普通基站将本地时钟与同步基站时间同步；移动标签设置于定位目标上，广播定位请求；普通基站经数据中转模块向PC端发送定位请求时间信息，PC端根据定位请求时间信息采取TDOA定位算法计算移动标签的位置。该系统通过确定移动标签在传输时间内允许发送的最大消息数和同步基站在同步消息广播周期内允许定位传输数的范围，实现整个室内定位的动态调度，提高了系统总容量限制时的调度效率。制时的调度效率。制时的调度效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超宽带定位的TDOA调度系统和方法


[0001]本专利技术属于室内定位
，具体涉及一种基于超宽带定位的TDOA调度系统和调度方法。

技术介绍

[0002]由于部署成本低且约束条件少，对于机器人和自动化，超宽带系统具有很大的应用潜力。与光学运动捕捉系统，激光扫描器或基于结构光的方法相比，不需要创造特殊的照明条件，也能正常运行。因此，最新研究集中在使用UWB系统进行室内机器人定位。然而，成功定位的主要方式是通过使用双向测距(TWR)，两个独立的节点通过测量数据包交换的往返时间相互获得范围。然而，因为在交换期间有时钟漂移，用这种简单的方法得到的定位结果往往是错误的。因此，对称(非对称)双边双向测距(SDS
‑
TWR)添加了另一个数据包给交换器并利用这种处理时间的对称性来消除相应的测量误差。其它方法使用多重确认来计算相关的漂移并进行相应的补偿。
[0003]虽然所有的基于TWR的方法有能力提供服务于定位的距离测量要求，但在考虑多用户、电池供电的应用时，渠道利用率和能量消耗与锚的使用量之间的线性关系会导致出现重大的问题。有必要研究涉及到利用基础设施传输到达时间差(T
‑
TDOA)实现高度可伸缩的定位。尽管全球的卫星导航系统(GNSS)类似，随着用户数量的增加，拓扑结构的扩展性大大提高，但移动节点的能量消耗也随着基站的增加而增加。因此，急需一种轻量级调度协议，该协议能够无缝集成正常运行所需的无线时钟同步。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于超宽带定位的TDOA调度系统和调度方法。
[0005]技术方案：本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于超宽带定位的TDOA调度系统，包括：一个同步基站，至少四个普通基站，数据中转模块，PC端，一个或多个移动标签；
[0007]所述同步基站、普通基站、数据中转模块、移动标签之间通过无线连接进行通信，所述数据中转模块与PC端通过有线连接进行通信；
[0008]所述同步基站用于周期广播同步消息；所述普通基站根据所述同步消息将本地时钟与同步消息中的同步基站时间同步；
[0009]所述移动标签设置于定位目标上，并广播定位请求，普通基站根据接收到的定位请求经数据中转模块向PC端发送定位请求时间信息，所述PC端根据各普通基站发送的定位请求时间信息，采取TDOA定位算法计算移动标签的位置。
[0010]优选地，所述同步基站以T
m
为周期广播同步消息；所述同步消息中携带同步基站ID和同步基站时间；
[0011]优选的，所述无线连接进行通信是采用超宽带(Ultra Wide Band，UWB)通信技术。
[0012]该调度系统将时长为T
m
的时间区间划分为N
s
个子区间，每个子区间划分为n个持续时长分别为t
s
的槽，其中包括n1个随机访问槽和n2个预定访问槽；n＝n1+n2。
[0013]优选地，所述移动标签接收到同步消息后等待时间τ后广播发送定位请求；等待时间τ的计算为：τ＝ln[U(0,1)]n1t
s
，U(0,1)为(0,1)之间的随机数；
[0014]所述定位请求中携带移动标签的ID。
[0015]本专利技术还提供了应用上述基于超宽带定位的TDOA调度系统的调度方法，包括：
[0016]步骤1、同步基站以T
m
为周期广播同步消息；所述同步消息中携带同步基站ID和同步基站时间；
[0017]时长为T
m
的时间区间划分为N
s
个子区间，每个子区间划分为n个持续时长为t
s
的槽，其中包括n1个随机访问槽和n2个预定访问槽；
[0018]步骤2、移动标签接收到同步消息后等待时间t
a
后广播发送定位请求；等待时间τ利用随机访问时间来计算：τ＝ln[U(0,1)]n1t
s
，U(0,1)为(0,1)之间的随机数；
[0019]所述定位请求中携带移动标签的ID；
[0020]普通基站接收到同步消息后将本地时钟与同步消息中的同步基站时间同步；
[0021]步骤3、同步基站接收到定位请求后，将所述定位请求经数据中转模块发送至PC端；PC端验证样本数据后根据所述定位请求中携带的移动标签ID检索数据库，确定所述移动标签的偏移量，并经数据中转模块发送至同步基站；
[0022]步骤4、同步基站广播定位请求响应，所述定位请求响应中携带移动标签ID、移动标签的偏移量λ
o
；
[0023]步骤5、移动标签接收定位请求响应，如果其中携带的移动标签ID与自身ID一致，计算定位时间偏移量Δt(k)：Δt(k)＝((2
α
N
s
)k+λ
o
)t
s
；其中k为定位信息序号，α为移动标签的发送频率；
[0024]构建并广播定位信息，所述定位信息中携带定位时间偏移量Δt(k)；
[0025]步骤6、移动标签根据同步消息的到达时间t
sy
‑1与定位请求响应的到达时间t
sy
之差与同步基站进行固定的时钟偏差比ε
s
的估计值来计算传输时间补偿来计算传输时间补偿
[0026][0027]步骤7、移动标签对传输时间进行补偿，补偿后的传输时间时长为
[0028]步骤8、计算移动标签在传输时间内允许发送的最大消息数S
max
：
[0029][0030]其中t
p
为数据包持续时间，槽持续时间t
s
和时间t
p
的差可确定槽内剩余持续时间，在同步后的时间γ内允许移动标签连续发送，为向下取整运算；
[0031]计算同步基站在同步消息广播周期T
m
内允许定位传输数n
t
的范围为：n
t
≤S
max
；
[0032]步骤9、PC端根据普通基站转发的定位请求时间信息，采取TDOA定位算法计算所述定位请求中携带的移动标签ID所对应移动标签的位置。
[0033]优选地，所述步骤3中PC端验证样本数据为验证如下内容：
[0034]验证同步基站发送的定位请求的周期与T
m
的差是否在允许范围内；
[0035]验证同步基站发送的定位请求中子区间槽数与n的差是否在允许范围内；
[0036]验证同步基站发送的定位请求中子区间内每个槽的持续时长与t
s
的差是否在允许范围内。
[0037]优选地，所述步骤3中所述数据库以移动标签ID为主索引，其中预先保存各移动标签的配置和优先级。
[0038]有益效果：本专利技术公开的基于超宽带定位的TDOA调度系统和调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超宽带定位的TDOA调度系统，其特征在于，包括：一个同步基站，至少四个普通基站，数据中转模块，PC端，一个或多个移动标签；所述同步基站、普通基站、数据中转模块、移动标签之间通过无线连接进行通信，所述数据中转模块与PC端通过有线连接进行通信；所述同步基站用于周期广播同步消息；所述普通基站根据所述同步消息将本地时钟与同步消息中的同步基站时间同步；所述移动标签设置于定位目标上，并广播定位请求，普通基站根据接收到的定位请求经数据中转模块向PC端发送定位请求时间信息，所述PC端根据各普通基站发送的定位请求时间信息，采取TDOA定位算法计算移动标签的位置。2.根据权利要求1所述的TDOA调度系统，其特征在于，所述同步基站以T
m
为周期广播同步消息；所述同步消息中携带同步基站ID和同步基站时间；时长为T
m
的时间区间划分为N
s
个子区间，每个子区间划分为n个持续时长为t
s
的槽，其中包括n1个随机访问槽和n2个预定访问槽；n＝n1+n2。3.根据权利要求1所述的TDOA调度系统，其特征在于，所述移动标签接收到同步消息后等待时间τ后广播发送定位请求；等待时间τ的计算为：τ＝ln[U(0,1)]n1t
s
，U(0,1)为(0,1)之间的随机数；所述定位请求中携带移动标签的ID。4.根据权利要求1所述的TDOA调度系统，其特征在于，所述无线连接进行通信是采用超宽带通信技术。5.如权利要求1
‑
4所述基于超宽带定位的TDOA调度系统的调度方法，其特征在于，包括：步骤1、同步基站以T
m
为周期广播同步消息；所述同步消息中携带同步基站ID和同步基站时间；时长为T
m
的时间区间划分为N
s
个子区间，每个子区间划分为n个持续时长为t
s
的槽，其中包括n1个随机访问槽和n2个预定访问槽；n＝n1+n2；步骤2、移动标签接收到同步消息后等待时间τ后广播发送定位请求；等待时间τ利用随机访问时间来计算：τ＝ln[U(0,1)]n1t
s
，U(0,1)为(0,1)之间的随机数；所述定位请求中携带移动标签的ID；普通基站接收到同步消息后将本地时钟与同步消息中的同步基站时间同步；步骤3、同步基站接收到...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国军，蔡一兆，冯俞达，崔杰，李哲，张伦，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：