超寬帶室內定位無線時鐘同步設計與實現
2021年電子技術應用第9期
馮 帆，王 軍，陳小磊，吳 春
中電海康集團研究院，浙江 杭州310015
摘要： 為解決基于到達時間差(TDOA)的超寬帶(UWB)室內定位系統中不同定位基站的本地時鐘不同步問題，設計并實現了一種單區域定位的無線時鐘同步方式，并在此基礎上進行了多區域定位無線時鐘同步的擴展。首先利用UWB定位基站和待定位節點之間的無線通信，獲取各基站的時間戳數據，之后服務器端的時鐘同步模塊利用該時間戳數據和基站位置數據，計算基站間的時鐘偏差系數用于計算待定位節點信號到達不同基站的時間差TDOA，最后服務器端的定位模塊利用TDOA數據對待定位節點進行定位。
中圖分類號： TN914；TP391
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211545
中文引用格式： 馮帆，王軍，陳小磊，等. 超寬帶室內定位無線時鐘同步設計與實現[J].電子技術應用，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.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211545
中文引用格式： 馮帆，王軍，陳小磊，等. 超寬帶室內定位無線時鐘同步設計與實現[J].電子技術應用，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
隨著物聯網(IOT)技術的發展，各行各業，如危化工廠、養老院、監獄、機場大廳、礦井、隧道等，對室內定位信息的需求也日益增大。對于復雜的室內環境，全球導航衛星系統(GNSS)信號受損嚴重[1]，不能提供室精準的室內定位服務，而基于室內定位的服務極具商業價值和潛在應用前景，由此衍生出GNSS之外的室內定位技術，比如ZigBee技術[2]、紅外線技術、Wi-Fi技術[3]、射頻識別(RFID)技術、藍牙(BLE)技術[4]、超聲波技術、超寬帶(UWB)技術[5]等。
相比于室外，室內環境復雜，無線信號在傳播過程中存在反射、折射、衍射等現象，定位源接收到的定位信號受損嚴重，導致定位不準確甚至出現無法定位的情況[6]。一些定位技術，如藍牙、Wi-Fi、紅外線、超聲波等定位技術，由于信號受到室內復雜環境的嚴重干擾，達不到高精度的定位要求，而超寬帶因為其上百兆的帶寬，具有較強的多徑分辨能力、抗干擾能力、穿透力等[7]，當用于室內定位時，其在定位結果的精確性和實時性方面具有絕對的優勢[8]。
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作者信息：
馮 帆，王 軍，陳小磊，吳 春
(中電海康集團研究院，浙江 杭州310015)
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