超宽带室内定位无线时钟同步设计与实现
2021年电子技术应用第9期
冯 帆，王 军，陈小磊，吴 春
中电海康集团研究院，浙江 杭州310015
摘要： 为解决基于到达时间差(TDOA)的超宽带(UWB)室内定位系统中不同定位基站的本地时钟不同步问题，设计并实现了一种单区域定位的无线时钟同步方式，并在此基础上进行了多区域定位无线时钟同步的扩展。首先利用UWB定位基站和待定位节点之间的无线通信，获取各基站的时间戳数据，之后服务器端的时钟同步模块利用该时间戳数据和基站位置数据，计算基站间的时钟偏差系数用于计算待定位节点信号到达不同基站的时间差TDOA，最后服务器端的定位模块利用TDOA数据对待定位节点进行定位。
中图分类号： TN914；TP391
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211545
中文引用格式： 冯帆，王军，陈小磊，等. 超宽带室内定位无线时钟同步设计与实现[J].电子技术应用，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.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211545
中文引用格式： 冯帆，王军，陈小磊，等. 超宽带室内定位无线时钟同步设计与实现[J].电子技术应用，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
随着物联网(IOT)技术的发展，各行各业，如危化工厂、养老院、监狱、机场大厅、矿井、隧道等，对室内定位信息的需求也日益增大。对于复杂的室内环境，全球导航卫星系统(GNSS)信号受损严重[1]，不能提供室精准的室内定位服务，而基于室内定位的服务极具商业价值和潜在应用前景，由此衍生出GNSS之外的室内定位技术，比如ZigBee技术[2]、红外线技术、Wi-Fi技术[3]、射频识别(RFID)技术、蓝牙(BLE)技术[4]、超声波技术、超宽带(UWB)技术[5]等。
相比于室外，室内环境复杂，无线信号在传播过程中存在反射、折射、衍射等现象，定位源接收到的定位信号受损严重，导致定位不准确甚至出现无法定位的情况[6]。一些定位技术，如蓝牙、Wi-Fi、红外线、超声波等定位技术，由于信号受到室内复杂环境的严重干扰，达不到高精度的定位要求，而超宽带因为其上百兆的带宽，具有较强的多径分辨能力、抗干扰能力、穿透力等[7]，当用于室内定位时，其在定位结果的精确性和实时性方面具有绝对的优势[8]。
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作者信息：
冯 帆，王 军，陈小磊，吴 春
(中电海康集团研究院，浙江 杭州310015)
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