本公開涉及無線通信，更具體地，本公開涉及測距和定位領域。
背景技術：
：短距離、高精度無線室內(nèi)定位技術在城市密集區(qū)域和室內(nèi)封閉空間應用非常廣泛?，F(xiàn)有室內(nèi)定位技術常用的定位算法有到達時間TOA定位及到達時間差TDOA定位等。上述算法在實施過程中要求各個定位基站及移動終端間精確的時間同步才能達到較高的定位精度?，F(xiàn)有技術中對于各個定位基站之間常用的同步方法主要有兩種，一是每個定位基站中各自包含精確的同步時鐘，如原子鐘等，這種方法成本較高，且需定期對其進行時鐘校驗；二是傳輸各定位基站間的同步信號，同步信號的選擇是影響同步精度及同步成本的關鍵因素?，F(xiàn)有的同步信號多采用射頻信號，包括窄帶射頻信號、超寬帶射頻信號等。其中窄帶射頻信號包括：調(diào)頻連續(xù)波、調(diào)頻脈沖等，采用這類信號作為同步信號時，當存在多徑的情況下，多路射頻信號會在接收端疊加，需要利用相位解調(diào)將多路信號分離，才能實現(xiàn)同步，而相位解調(diào)算法及接收機結(jié)構較為復雜，解調(diào)效果不穩(wěn)定，且接收機成本較高。當采用超寬帶射頻信號作為同步信號時，因其時域分辨力較高，所以有較好的同步效果，但接收機需要對超寬帶信號進行濾波、超寬帶放大、高采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，才能準確的檢測出時域邊沿，這使得接收機成本急劇上升。因此，研究低成本、高精度的同步定位系統(tǒng)成為了本領域研究人員亟需解決的問題。技術實現(xiàn)要素：依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種測距裝置。該定位裝置包括第一裝置、第二裝置和第三裝置。第一裝置發(fā)射點名信號和同步信號，其中，點名信號和同步信號具有已知的時間關系，同步信號為光信號。第二裝置接收點名信號，并在點名信號的觸發(fā)下發(fā)射定位信號。第三裝置接收同步信號和定位信號，其中，第三裝置與第一裝置間的距離已知。其中，第一裝置還接收定位信號；測距裝置通過第一裝置發(fā)射點名信號和同步信號以及接收定位信號，第三裝置接收同步信號和定位信號的時間信息，以及第三裝置與第一裝置間的距離，解算第二裝置到第一裝置和第三裝置的距離。依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出了一種測距方法。該定位方法包括：產(chǎn)生并發(fā)射點名信號和同步信號，所述點名信號與同步信號具有已知的時間關系；在所述點名信號的觸發(fā)下產(chǎn)生并發(fā)射定位信號；以及記錄點名信號和同步信號的發(fā)射時間信息，記錄定位信號被點名信號和同步信號發(fā)射裝置接收的時間信息，記錄同步信號和定位信號到達同一裝置的時間信息，并根據(jù)點名信號和同步信號的發(fā)射時間信息，定位信號被點名信號和同步信號發(fā)射裝置接收的時間信息，同步信號和定位信號到達同一裝置的時間信息解算定位信號發(fā)射裝置到點名信號和同步信號發(fā)射裝置以及同步信號和定位信號接收裝置的距離。依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出了一種定位裝置。該定位裝置包括第一裝置、第二裝置、第三裝置和第四裝置。第一裝置發(fā)射點名信號和同步信號，其中，點名信號和同步信號具有已知的時間關系，同步信號為光信號，且第一裝置的物理位置已知。第二裝置接收點名信號，并在點名信號的觸發(fā)下發(fā)射定位信號。第三裝置接收同步信號和定位信號，其中，第三裝置的物理位置已知。第四裝置，接收同步信號和定位信號，其中，第四裝置的物理位置已知。其中，第一裝置還接收定位信號；定位裝置通過第一裝置發(fā)射點名信號和同步信號以及接收定位信號，第三裝置和第四裝置接收同步信號和定位信號的時間信息，以及第一裝置、第三裝置和第四裝置的物理位置，解算第二裝置的位置信息。依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出了一種定位方法。該定位方法包括：產(chǎn)生并發(fā)射點名信號和同步信號，所述點名信號與同步信號具有已知的時間關系；在所述點名信號的觸發(fā)下產(chǎn)生并發(fā)射定位信號；以及記錄點名信號和同步信號的發(fā)射時間信息，記錄定位信號被點名信號和同步信號發(fā)射裝置接收的時間信息，記錄同步信號和定位信號到達同一裝置的時間信息，記錄同步信號和定位信號到達另一裝置的時間信息，并根據(jù)點名信號和同步信號的發(fā)射時間信息、定位信號被點名信號和同步信號發(fā)射裝置接收的時間信息、同步信號和定位信號到達同一裝置的時間信息和同步信號和定位信號到達另一裝置的時間信息解算定位信號發(fā)射裝置的位置信息。附圖說明圖1給出依據(jù)本發(fā)明一種實施例的測距結(jié)構100的示意圖；圖2給出上述測距結(jié)構100的工作時序示意圖；圖3給出依據(jù)本發(fā)明一種實施例的定位系統(tǒng)300的示意圖；圖4給出依據(jù)本發(fā)明一種實施例的定位主站內(nèi)部結(jié)構400的示意圖；圖5給出依據(jù)本發(fā)明一個實施例的定位從站內(nèi)部結(jié)構500的示意圖；圖6給出依據(jù)本發(fā)明一個實施例的待定位裝置內(nèi)部結(jié)構600的示意圖；圖7示出依據(jù)本發(fā)明一個實施例的定位方法700的流程圖。具體實施方式下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是：不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和、或子組合將特定的特征、結(jié)構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，并且示圖不一定是按比例繪制的。應當理解，當稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。圖1給出依據(jù)本發(fā)明一種實施例的測距結(jié)構100的示意圖。如圖1所示，該測距結(jié)構100示例性地包括定位主站MBS、定位從站SBSi和待定位裝置MS。在一個實施例中，所述定位主站MBS和/或定位從站SBSi是地理上固定的且三維位置已知，而待定位裝置MS是地理上可移動的。定位主站MBS發(fā)射點名信號CS以及光同步信號SYNi。其中，點名信號CS和光同步信號SYNi具有已知的時間關系。例如，在一個實施例中，點名信號CS和光同步信號SYNi是同時發(fā)射的。又例如，在另一實施例中，光同步信號SYNi的發(fā)射與點名信號CS的發(fā)射有一個已知的時間差。待定位裝置MS接收定位主站MBS發(fā)射的點名信號CS，與此同時或延遲一個預設的時間后發(fā)射定位信號S，定位主站MBS接收定位信號S并記錄其到達自身的時間信息。定位從站SBSi接收定位主站MBS發(fā)射的光同步信號SYNi和待定位裝置MS發(fā)射的定位信號S，并記錄兩者到達自身的時間信息。在一個實施例中，光同步信號SYNi可以是激光、紅外光或高強度的可見閃光；點名信號CS可以是光信號或射頻信號，如2.4G通信信號、連續(xù)波信號、脈沖信號、超寬帶信號等；定位信號S可以是超寬帶信號、連續(xù)波信號、脈沖信號等。上述信號的傳輸通路可以選自真空、大氣、有線線路、水域或者它們組合中的任意一種。圖2給出上述測距結(jié)構100的工作時序示意圖。如圖2所示，定位主站MBS在t0時刻向待定位裝置MS發(fā)射點名信號CS，與此同時，定位主站MBS向定位從站SBSi發(fā)射光同步信號SYNi。定位從站SBSi在t1時刻接收到光同步信號SYNi。待定位裝置在t2時刻接收到點名信號CS，并間隔一個預設的延時時間Td，在t3時刻發(fā)射定位信號S。定位從站SBSi在t4時刻接收到定位信號S，定位主站MBS在t5時刻接收到定位信號S。本領域技術人員應當理解，在圖2所示實施例中，定位主站MBS同時發(fā)出點名信號CS和光同步信號SYNi。然而，在其它實施例中，光同步信號SYNi的發(fā)射與點名信號CS的發(fā)射可以有一個已知的時間差。而且，在圖2所示實施例中，待定位裝置MS在接收到點名信號CS后間隔了一個預設的延時時間Td后再發(fā)射定位信號S，然而，在其它實施例中，待定位裝置MS也可以在接收到點名信號CS的同時發(fā)射定位信號S。定位主站MBS發(fā)射點名信號CS的時刻是t0，接收到定位信號S的時刻是t5，這段時間間隔包含了點名信號CS和定位信號S分別往返于定位主站MBS和待定位裝置MS的傳播時間和預設的延時時間Td，而點名信號CS和定位信號S在定位主站MBS和待定位裝置MS間的傳播時間相同，都為TM，因此上述描述可用(1)式表示。t5-t0＝TM+TM+Td(1)而點名信號CS和定位信號S在定位主站MBS和待定位裝置MS間的傳播時間TM又可用(2)式表示。TM=LMc=t5-t0-Td2---(2)]]>其中LM為待定位裝置MS與定位主站MBS間的距離，c是信號在空間中傳播的速度。由(2)式進而可以可得到(3)式。LM=t5-t0-Td2·c---(3)]]>通過上述計算得到了待定位裝置MS到達定位主站MBS的距離LM。從定位主站MBS發(fā)射光同步信號SYNi的時刻t0到定位從站SBSi接收定位信號S的時刻t4的時段內(nèi)間包含了點名信號S在定位主站MBS和待定位裝置MS間的傳播時間TM，待定位裝置MS預設的延時時間Td，以及定位信號S在待定位裝置MS和定位從站SBSi間的傳播時間Ti。通過求取待定位裝置MS到達定位主站MBS的距離LM的過程可知，若得到了定位信號S在待定位裝置MS和定位從站SBSi間的傳播時間Ti，即可求得待定位裝置MS到達定位從站SBSi的距離Li?？捎?4)式表示。Li＝Ti·c＝(t4-t0-Td-TM)·c(4)然而定位主站MBS發(fā)射光同步信號SYNi的時刻t0是根據(jù)定位主站MBS自身的時鐘記錄的，定位從站SBSi接收定位信號S的時刻t4是根據(jù)定位從站SBSi自身的時鐘記錄的，在一個實施例中，定位主站MBS和定位從站SBSi的時鐘并不是同步的，因此，對于定位從站SBSi而言，定位主站MBS發(fā)射光同步信號SYNi的時刻t0是未知的，但定位從站SBSi接收到光同步信號SYNi的時刻t1是已知的，且光同步信號SYNi在定位主站MBS和定位從站SBSi間的傳輸路徑LMi可以通過兩者的物理位置解算，即光同步信號SYNi在定位主站MBS和定位從站SBSi的傳輸時間TMi可求，則定位主站MBS發(fā)射光同步信號SYNi的時刻可以被定位從站SBSi求得。在本實施例中，定位主站MBS發(fā)射光同步信號SYNi和點名信號CS為同一時刻，因此定位主站MBS發(fā)射點名信號CS的時刻t0可以被定位從站SBSi求得。本領域技術人員應當理解，當定位主站MBS發(fā)射光同步信號SYNi和點名信號CS有一個已知的時間間隔時，只需再根據(jù)所述時間間隔反推出定位主站MBS發(fā)射點名信號CS的時刻t0。從而可以得到待定位裝置MS到達定位從站SBSi的距離Li，即(4)式可以改寫成(5)式。Li=[t4-(t1-TMi)-Td-TM]·c=[t4-(t1-LMi/c)-Td-LM/c]·c=(t4-t1-Td)·c+LMi-LM---(5)]]>在本實施例中，采用光信號作為同步信號，相比于超寬帶信號，光信號的接收機成本較低；相比于音頻信號，光信號波長短、頻率高，經(jīng)脈沖調(diào)制后上升沿陡峭，因而具有較高的同步精度；相比于其他窄帶射頻信號，光信號波長較短，當多路信號疊加時，對多徑產(chǎn)生的影響不敏感，不需要進行復雜的相位解調(diào)。圖3給出依據(jù)本發(fā)明一種實施例的定位系統(tǒng)300的示意圖。如圖3中所示，定位系統(tǒng)300示例性地包括定位主站MBS、定位從站SBS1和SBS2以及待定位裝置MS。在一個實施例中，所述定位主站MBS、定位從站SBS1和SBS2可以是地理上固定的且三維位置已知，而待定位裝置MS是可移動的。在圖3所示實施例中，定位主站MBS、定位從站SBS1以及待定位裝置MS，定位主站MBS、定位從站SBS2以及待定位裝置MS分別構成圖1所示的測距結(jié)構100，即和圖1所示的定位主站MBS、定位從站SBSi以及待定位裝置MS相對應。它們以和圖1所示測距結(jié)構100類似的方式進行工作。因此，本領域技術人員應當理解，圖3所示定位系統(tǒng)300可包括和引用圖1所示實施例的內(nèi)容，而不會違背本發(fā)明的精神。定位主站MBS向待定位裝置MS發(fā)射點名信號CS。與此同時，或延遲一段已知時間后，定位主站MBS分別向定位從站SBS1和定位從站SBS2發(fā)射光同步信號SYN1和SYN2。本領域技術人員應當理解，所述光同步信號SYN1和SYN2可以是同一信號，也可以是不同信號，當光同步信號SYN1和SYN2是不同信號時，其發(fā)射時刻可以是相同時刻也可以有一個系統(tǒng)預設的時間差。待定位裝置MS接收到點名信號CS后，與此同時，或延遲一個已知時間后，發(fā)射定位信號S。定位主站接收定位信號S，并記錄其到達自身的時間信息。定位從站SBS1和SBS2分別接收光同步信號SYN1和SYN2，以及定位信號S，并分別記錄其到達自身的時間信息。所述時間信息可以是信號的到達時刻，也可以是信號的到達時間差。利用定位主站MBS發(fā)射點名信號CS和接收到定位信號S的時間信息以及待定位裝置MS從接收到點名信號CS到發(fā)射定位信號S的延時時間Td，可以解算出待定位裝置MS與定位主站MBS間的距離LM。利用定位從站SBS1接收到光同步信號SYN1和定位信號S的時間信息、系統(tǒng)預設的定位主站MBS發(fā)射點名信號CS和光同步信號SYN1的間隔時間、待定位裝置MS從接收到點名信號CS到發(fā)射定位信號S的延時時間Td、定位主站MBS與定位從站SBS1間的距離LM1以及之前解算出的待定位裝置MS與定位主站MBS間的距離LM，可以解算出待定位裝置MS與定位從站SBS1間的距離L1。同理，利用定位從站SBS2接收到光同步信號SYN2和定位信號S的時間信息、系統(tǒng)預設的定位主站MBS發(fā)射點名信號CS和光同步信號SYN2的間隔時間、待定位裝置MS從接收到點名信號CS到發(fā)射定位信號S的延時時間Td、定位主站MBS與定位從站SBS2間的距離LM2以及之前解算出的待定位裝置MS與定位主站MBS間的距離LM，可以解算出待定位裝置MS與定位從站SBS1間的距離L2。在一個實施例中，定位主站MBS1發(fā)射點名信號CS、光同步信號SYN1和SYN2為同一時刻，定位主站MBS發(fā)射點名信號CS和接收到定位信號S的時間間隔為T0，定位從站SBS1接收到光同步信號SYN1和定位信號S的時間間隔為T1，定位從站SBS2接收到光同步信號SYN2和定位信號S的時間間隔為T2，則待定位裝置MS到達定位主站MBS、定位從站SBS1和SBS2的距離LM、L1、L2可用(6)式、(7)式、(8)式表示。LM=T1-Td2·c---(6)]]>L1＝(T1-Td)·c+LM1-LM(7)L2＝(T2-Td)·c+LM2-LM(8)利用待定位裝置MS到達定位主站MBS、定位從站SBS1和SBS2的距離LM、L1、L2，以及定位主站MBS、定位從站SBS1和SBS2的位置信息可以解算待定位裝置MS的位置信息，解算方法為本領域公知技術，且不是本發(fā)明揭示的重點，所以這里不做詳細描述。本領域技術人員應當理解，定位主站MBS、定位從站SBSi、待定位裝置MS的個數(shù)可根據(jù)實際應用場景靈活改變。圖4給出依據(jù)本發(fā)明一個實施例的定位主站內(nèi)部結(jié)構400的示意圖。如圖4所示，定位主站MBS包括光同步信號發(fā)射模塊401、點名信號發(fā)射模塊402、天線403、定位信號接收模塊404。其中，光同步信號發(fā)射模塊401用于向一個或多個定位從站SBSi發(fā)射光同步信號SYNi，其內(nèi)部結(jié)構由系統(tǒng)要求的光同步信號SYNi的信號形式?jīng)Q定，若光同步信號SYNi為激光，則光同步信號發(fā)射模塊401包含激光發(fā)射器；若光同步信號SYNi為紅外光，則光同步信號發(fā)射模塊401包含紅外發(fā)射管；若光同步信號SYNi為高強度的可見閃光，則光同步信號發(fā)射模塊401包含閃光燈信號發(fā)射器。光同步信號發(fā)射模塊401發(fā)射光同步信號SYNi的個數(shù)和方向由定位從站SBSi的個數(shù)和方位決定。點名信號發(fā)射模塊402用于向一個或多個待定位裝置MS發(fā)射點名信號CS，其內(nèi)部結(jié)構由系統(tǒng)要求的點名信號CS的信號形式?jīng)Q定，點名信號CS可以是光信號、2.4G通信信號、連續(xù)波信號、脈沖信號、超寬帶信號等。點名信號CS發(fā)射模塊402將其生成的點名信號CS經(jīng)天線403傳播到空間中去。定位信號接收模塊404用于接收來自天線403的定位信號S，并記錄其到達自身的時間信息，本實施例以定位信號S為超寬帶信號為例，定位信號接收模塊404包括濾波器、超寬帶放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器。在一個實施例中，定位主站還包括控制模塊405，用于控制光同步信號發(fā)射模塊401、點名信號發(fā)射模塊402、定位信號接收模塊404的時序關系、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。圖5給出依據(jù)本發(fā)明一個實施例的定位從站內(nèi)部結(jié)構500的示意圖。如圖5所示，定位從站包括光同步信號接收模塊501、天線502、定位信號接收模塊503。其中，光同步信號接收模塊501用于接收光同步信號SYNi，并記錄其到達自身的時間信息。其具體結(jié)構取決于光同步信號SYNi的信號形式。若光同步信號SYNi為激光，則光同步信號接收模塊501包括光學透鏡、光敏器件等。在布站過程中，可以調(diào)整光同步信號接收模塊501中的光學透鏡的角度，使其對準定位主站MBS中的光同步信號發(fā)射模塊401，使二者構成視距通路。定位信號接收模塊503用于接收來自天線502的定位信號S，并記錄其到達自身的時間信息，本實施例以定位信號S為超寬帶信號為例，定位信號接收模塊503包括濾波器、超寬帶放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器。在一個實施例中，定位從站還包括控制模塊504，用于控制光同步信號接收模塊501、定位信號接收模塊503的時序關系、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。圖6給出依據(jù)本發(fā)明一個實施例的待定位裝置內(nèi)部結(jié)構600的示意圖。如圖6所示，待定位裝置包括天線601、點名信號接收模塊602、定位信號產(chǎn)生模塊603。其中，點名信號接收模塊602接收由天線601傳入的點名信號CS，并向定位信號產(chǎn)生模塊603發(fā)出定位信號發(fā)射指令LC。定位信號產(chǎn)生模塊603接收到定位信號發(fā)射指令LC后，產(chǎn)生并發(fā)射定位信號S，并提供至天線601傳播到空間中去。本實施例以定位信號S為超寬帶信號為例，則定位信號產(chǎn)生模塊603包括超寬帶脈沖產(chǎn)生電路、整形電路、超寬帶濾波器及放大器。在一個實施例中，待定位裝置MS還包括延時模塊604，以使待定位裝置MS接收到點名信號CS后，延時一個預設的時間再發(fā)射定位信號S。本領域技術人員應當以解，圖5、圖6、圖7所示實施例中的天線為功能性模塊，其功能是發(fā)射和接收信號，因此需根據(jù)信號形式靈活選擇天線種類。當某一裝置具有發(fā)射和/或接收不同種類信號的功能時，天線模塊會根據(jù)信號形式包含多個不同種類的天線。在一個實施例中，圖5、圖6、圖7所示的定位主站MBS、定位從站SBSi、待定位裝置MS構成圖3所示定位系統(tǒng)300。所述定位系統(tǒng)300中還包括距離解算模塊和位置解算模塊。所述距離解算模塊和位置解算模塊可以分設于不同裝置中，也可集成到同一裝置中。例如，距離解算模塊分別置于定位主站MBS和定位從站SBSi中，分別用于解算待定位裝置MS到達定位主站MBS和定位從站SBSi的距離，而位置解算模塊集成于某一裝置中，以收集待定位裝置MS到達定位主站MBS和定位從站SBSi的距離，從而解算待定位裝置MS的位置信息。又例如，所述距離解算模塊和位置解算模塊集成到同一裝置中，其他裝置向該裝置傳輸解算距離所需的信號發(fā)射或到達的時間信息，由該裝置統(tǒng)一解算待定位裝置MS到達定位主站MBS和定位從站SBSi的距離以及待定位裝置M的位置信息。圖7示出依據(jù)本發(fā)明一個實施例的定位方法700的流程圖。定位方法包括如下步驟：步驟701：定位主站MBS向定位從站SBSi發(fā)射同步信號SYNi，與此同時或間隔預設的時間向待定位裝置MS發(fā)射點名信號CS。步驟702：待定位裝置MS接收到點名信號CS后，與此同時或間隔預設的時間發(fā)射定位信號S。步驟703：定位主站MBS接收定位信號S，并記錄其到達自身的時間。步驟704：定位從站SBSi接收同步信號SYNi和定位信號S，并記錄二者到達自身的時間信息。步驟705：定位系統(tǒng)根據(jù)步驟703和704中記錄的信號到達時間信息，以及各定位從站SBSi與定位主站MBS間的距離，解算待定位裝置MS到達定位主站MBS和各定位從站SBSi間的距離。步驟706：定位系統(tǒng)根據(jù)待定位裝置MS到達定位主站MBS和各定位從站SBSi間的距離，以及定位主站MBS和各定位從站SBSi的位置信息，解算待定位裝置MS的位置。如以上所提到的，雖然已經(jīng)說明和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可進行許多改變。由此，本發(fā)明的范圍不由優(yōu)選實施例的公開所限制。而是，應當完全參考隨后的權利要求來確定本發(fā)明。當前第1頁1 2 3