《電子技術(shù)應(yīng)用》
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超寬帶室內(nèi)定位無(wú)線時(shí)鐘同步設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第9期
馮 帆，王 軍，陳小磊，吳 春
中電?？导瘓F(tuán)研究院，浙江 杭州310015
摘要： 為解決基于到達(dá)時(shí)間差(TDOA)的超寬帶(UWB)室內(nèi)定位系統(tǒng)中不同定位基站的本地時(shí)鐘不同步問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種單區(qū)域定位的無(wú)線時(shí)鐘同步方式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了多區(qū)域定位無(wú)線時(shí)鐘同步的擴(kuò)展。首先利用UWB定位基站和待定位節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線通信，獲取各基站的時(shí)間戳數(shù)據(jù)，之后服務(wù)器端的時(shí)鐘同步模塊利用該時(shí)間戳數(shù)據(jù)和基站位置數(shù)據(jù)，計(jì)算基站間的時(shí)鐘偏差系數(shù)用于計(jì)算待定位節(jié)點(diǎn)信號(hào)到達(dá)不同基站的時(shí)間差TDOA，最后服務(wù)器端的定位模塊利用TDOA數(shù)據(jù)對(duì)待定位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。
中圖分類號(hào)： TN914；TP391
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211545
中文引用格式： 馮帆，王軍，陳小磊，等. 超寬帶室內(nèi)定位無(wú)線時(shí)鐘同步設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(9)：105-110.
英文引用格式： Feng Fan，Wang Jun，Chen Xiaolei，et al. Design and implementation of UWB wireless clock synchronization for indoor localization[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(9)：105-110.
Design and implementation of UWB wireless clock synchronization for indoor localization
Feng Fan，Wang Jun，Chen Xiaolei，Wu Chun
Research Institute of CETHIK Group，Hangzhou 310015，China
Abstract： In order to solve the clock asynchronization problem of the different positioning base stations in the ultra-wideband(UWB) indoor positioning system based on the time difference of arrival(TDOA), a wireless clock synchronization method for single-area positioning is designed and implemented, and the clock synchronization extension from single-area to multi-area positioning is made. The wireless communication between the base station and the unknown node is used to obtain the time-stamp data of each base station firstly. Then, the clock synchronization module on the server side utilizes the time-stamp data and the base station location data to calculate the clock deviation coefficient between the base stations, which is applied to calculate the TDOA of the base stations. Finally, the positioning module on the server side makes use of the TDOA data to locate the unknown node.
Key words : indoor localization；ultra-wideband(UWB)；wireless clock synchronization；positioning area expansion

0 引言

    隨著物聯(lián)網(wǎng)(IOT)技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)，如?；S、養(yǎng)老院、監(jiān)獄、機(jī)場(chǎng)大廳、礦井、隧道等，對(duì)室內(nèi)定位信息的需求也日益增大。對(duì)于復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號(hào)受損嚴(yán)重[1]，不能提供室精準(zhǔn)的室內(nèi)定位服務(wù)，而基于室內(nèi)定位的服務(wù)極具商業(yè)價(jià)值和潛在應(yīng)用前景，由此衍生出GNSS之外的室內(nèi)定位技術(shù)，比如ZigBee技術(shù)[2]、紅外線技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)[3]、射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)、藍(lán)牙(BLE)技術(shù)[4]、超聲波技術(shù)、超寬帶(UWB)技術(shù)[5]等。

    相比于室外，室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，無(wú)線信號(hào)在傳播過(guò)程中存在反射、折射、衍射等現(xiàn)象，定位源接收到的定位信號(hào)受損嚴(yán)重，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確甚至出現(xiàn)無(wú)法定位的情況[6]。一些定位技術(shù)，如藍(lán)牙、Wi-Fi、紅外線、超聲波等定位技術(shù)，由于信號(hào)受到室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的嚴(yán)重干擾，達(dá)不到高精度的定位要求，而超寬帶因?yàn)槠渖习僬椎膸挘哂休^強(qiáng)的多徑分辨能力、抗干擾能力、穿透力等[7]，當(dāng)用于室內(nèi)定位時(shí)，其在定位結(jié)果的精確性和實(shí)時(shí)性方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)[8]。




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作者信息：

馮  帆，王  軍，陳小磊，吳  春

(中電?？导瘓F(tuán)研究院，浙江 杭州310015)




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