本發(fā)明涉及一種uwb高精度定位系統(tǒng)的時間同步方法。

背景技術(shù)：

uwb(ultrawideband)是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。有人稱它為無線電領(lǐng)域的一次革命性進展，認為它將成為未來短距離無線通信的主流技術(shù)。總的來說，uwb在早期被用來應(yīng)用在近距離高速數(shù)據(jù)傳輸，近年來國外開始利用其亞納秒級超窄脈沖來做近距離精確室內(nèi)定位。uwb高精度定位系統(tǒng)的時間同步的優(yōu)良是決定定位精度、定位目標的容量及系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要條件。

現(xiàn)有技術(shù)的標簽定位系統(tǒng)中，由于每個基站anchor有自己的時鐘源，存在頻率差，這些頻率差不固定，且隨各處溫度變化。為了實現(xiàn)基站時間同步，采用有線的到達時間差tdoa的時間同步方法，即系統(tǒng)中每個基站anchor之間的距離已知，采用頻率產(chǎn)生器產(chǎn)生時鐘頻率，通過有線發(fā)送到系統(tǒng)中的anchor，作為anchor的時鐘源，從而實現(xiàn)基站的時間同步，該方法中，由于采用有線傳輸頻率，增加硬件設(shè)備成本。

另外，還有現(xiàn)有技術(shù)中采用無線時間同步方法，系統(tǒng)中每個定位基站anchor之間的距離已知，用來計算信號飛行時間。該同步方法為：在系統(tǒng)的所有定位基站anchor中定義一個主定位基站masteranchor，其余為從定位基站slaveanchor，masteranchor周期性的發(fā)送同步信號，比如150ms，500ms等；masteranchor記錄發(fā)出的時間，slaveanchor收到的masteranchor發(fā)出的同步信息后記錄收到的時間，slaveanchor收到的時間減去masteranchor發(fā)出的時間，再減去信號的飛行時間即這兩者之間的時間偏差，這樣就可以實現(xiàn)時間同步了，這個時間偏差由上位機記錄。然而，這種方法中，masteranchor周期性的發(fā)送數(shù)據(jù)，相對來說減少了anchor接收時間，進而降低了接收的卡容量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種可以很好解決時間同步問題并可對誤差大的數(shù)據(jù)自動修正的uwb高精度定位系統(tǒng)的時間同步方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種uwb高精度定位系統(tǒng)的時間同步方法，所述uwb高精度定位系統(tǒng)包括主定位基站、多個普通定位基站、以及定位標簽心跳，普通定位基站的時間同步方法的具體步驟如下：

普通定位基站接收主定位基站發(fā)送的同步幀信號，主定位基站和普通定位基站接收定位標簽心跳的標簽心跳幀信號；

普通定位基站根據(jù)接收到的信號判斷是同步幀信號還是標簽心跳幀信號，如是同步幀信號，則進入pic同步計算單元進行計算，如是標簽心跳幀信號則進入時鐘補償單元計算。

進一步，pic同步計算單元的同步計算公式為：

其中，y(n)為經(jīng)算法修正后的普通定位基站同步包時間戳序列，x(n)為某個普通定位基站收到同步包的時間戳序列，t(n)為主定位基站發(fā)送同步的時間戳序列，kp為比例調(diào)節(jié)系數(shù)，ki為積分調(diào)節(jié)系數(shù)，e(j)為誤差。

進一步，pic同步計算單元首次執(zhí)行時參數(shù)進行初始化，包括：

將普通定位基站接收到的時間戳rx賦予給x(n)；

將x(n)賦予給y(n)；

將主定位基站發(fā)出的時間戳tx賦予給t(n)；

將e(j)賦予給0。

進一步，pic同步計算單元計算后進行同步有效性校驗，其具體步驟包括：

定義一計算臨時變量delta_temp＝y(tǒng)(n)-t(n)，保存前一次計算值的臨時變量last_delta_temp＝delta_temp；

主定位基站和普通定位基站之間的存在的時鐘差delta_diff＝delta_temp-last_delta_temp；

在每次的時鐘差delta_diff進行時間窗口校準時，將時鐘差delta_diff緩存在緩存器中，當緩存器中的個數(shù)達到預(yù)設(shè)個數(shù)閾值n時，計算n個delta_diff的算術(shù)平均值mean；

將平均值mean與當前次同步計算后的delta_diff的差值絕對值與預(yù)設(shè)差值閾值比較，如在預(yù)設(shè)差值閾值范圍內(nèi)，則本次同步有效，并將pic同步參數(shù)更新，如不在預(yù)設(shè)差值閾值范圍內(nèi)，則本次同步無效丟棄本次同步參數(shù)更新，pic同步參數(shù)恢復(fù)為上一次正確的同步參數(shù)值。

進一步，delta_diff采用了0.15s間隔內(nèi)的標準偏差來進行比較，公式如下：delta_diff＝0.15*delta_diff*(t(n)-t(n-1))。

進一步，緩存器中的delta_diff個數(shù)不滿足預(yù)設(shè)個數(shù)閾值n時，不進行同步有效性校驗。

進一步，預(yù)設(shè)個數(shù)閾值n為50，預(yù)設(shè)差值閾值為4ns。

進一步，時鐘補償單元的同步計算公式如下：

其中b(n)為經(jīng)過算法同步后定位標簽心跳包時間戳序列，r(n)為某個普通定位基站收到定位標簽心跳包的時間戳序列。

本發(fā)明的有益效果是：可以很好解決時間同步問題并可對誤差大的數(shù)據(jù)自動修正。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的uwb高精度定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的同步計算流程圖。

圖3是本發(fā)明的同步有效性校驗流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例來對本發(fā)明進行進一步說明，但并不將本發(fā)明局限于這些具體實施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，本發(fā)明涵蓋了權(quán)利要求書范圍內(nèi)所可能包括的所有備選方案、改進方案和等效方案。

參見圖1-3，一種uwb高精度定位系統(tǒng)的時間同步方法，所述uwb高精度定位系統(tǒng)包括主定位基站、多個普通定位基站、以及定位標簽心跳tagblink，普通定位基站的時間同步方法的具體步驟如下：

普通定位基站接收主定位基站發(fā)送的同步幀信號，主定位基站和普通定位基站接收定位標簽心跳的標簽心跳幀信號；

普通定位基站根據(jù)接收到的信號判斷是同步幀信號還是標簽心跳幀信號，如是同步幀信號，則進入pic同步計算單元進行計算，如是標簽心跳幀信號則進入時鐘補償單元進行計算。

本實施例pic同步計算單元的同步計算公式為：

其中，y(n)為經(jīng)算法修正后的普通定位基站同步包時間戳序列，x(n)為某個普通定位基站收到同步包的時間戳序列，t(n)為主定位基站發(fā)送同步的時間戳序列，kp為比例調(diào)節(jié)系數(shù)，ki為積分調(diào)節(jié)系數(shù)，e(j)為誤差。

本實施例pic同步計算單元首次執(zhí)行時參數(shù)進行初始化，包括：

將普通定位基站接收到的時間戳rx賦予給x(n)；

將x(n)賦予給y(n)；

將主定位基站發(fā)出的時間戳tx賦予給t(n)；

將e(j)賦予給0。

本實施例pic同步計算單元計算后進行同步有效性校驗，其具體步驟包括：

定義一計算臨時變量delta_temp＝y(tǒng)(n)-t(n)，保存前一次計算值的臨時變量last_delta_temp＝delta_temp；

主定位基站和普通定位基站之間的存在的時鐘差delta_diff＝delta_temp-last_delta_temp；

delta_diff采用了0.15s間隔內(nèi)的標準偏差來進行比較，公式如下：delta_diff＝0.15*delta_diff*(t(n)-t(n-1))；

在每次的時鐘差delta_diff進行時間窗口校準時，將時鐘差delta_diff緩存在緩存器中，當緩存器中的個數(shù)達到預(yù)設(shè)個數(shù)閾值n＝50時，計算n個delta_diff的算術(shù)平均值mean；

將平均值mean與當前次同步計算后的delta_diff的差值絕對值與預(yù)設(shè)差值閾值4ns比較，如在預(yù)設(shè)差值閾值4ns范圍內(nèi)，則本次同步有效，并將pic同步參數(shù)更新，如不在預(yù)設(shè)差值閾值4ns范圍內(nèi)，則本次同步無效丟棄本次同步參數(shù)更新，pic同步參數(shù)恢復(fù)為上一次正確的同步參數(shù)值。

本實施例的緩存器中的delta_diff個數(shù)不滿足預(yù)設(shè)個數(shù)閾值n時，不進行同步有效性校驗。

對于已經(jīng)同步過的pic參數(shù)，在得到tagblink時間戳r(n)時，就可以通過時鐘補償單元的同步計算公式將其轉(zhuǎn)換到主定位基站的時間域上的時間。時鐘補償單元的同步計算公式如下：

其中b(n)為經(jīng)過算法同步后定位標簽心跳包時間戳序列，r(n)為某個普通定位基站收到定位標簽心跳包的時間戳序列。

本實施例pic的主要思想在于對于主定位基站發(fā)送同步幀，普通定位基站接收同步幀的無線同步系統(tǒng)的來說，pic同步算法中需要對幾個參數(shù)在每次同步發(fā)生的過程中進行更新，這些更新過后參數(shù)用于同步校驗。但是單純的pic同步算法雖然能夠縮小同步的抖動的偏差，但是由于同步時間戳上的抖動會在一段時間內(nèi)影響后續(xù)的時間戳校準。因此，在檢測到同步時間戳上有跳動的時候，必須拋棄掉本次同步。