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申请/专利权人：中煤科工集团重庆研究院有限公司

摘要：本发明涉及一种基于无线时钟同步的UWB终端自主定位方法，属于无线定位领域，包括以下步骤：对UWB基站进行分组，主基站与从基站进行TOF测距；中心站对基站进行时序分配，基站根据时序依次进行信息帧广播；S4：定位终端接收各基站的信息帧并保存时间戳，从基站接收主基站发出的信息帧并保存时间戳，并将相关时间戳信息通过信息帧进行广播；定位终端筛选出同一区域的信息帧；将同一区域所有基站的发送时间戳都同步到定位终端同一时间起点上；定位终端实现坐标解算；通过无线通信将定位坐标上传到中心站定位引擎，中心站定位引擎进行坐标及轨迹显示。

主权项：1.一种基于无线时钟同步的UWB终端自主定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：对UWB基站进行分组，每组包含一个主基站和三个从基站，每组负责一块区域的定位；S2：定位区域的主基站上电与从基站依次进行TOF测距；S3：中心站定位引擎对各个基站进行时序分配，各个基站根据时序依次进行信息帧广播；S4：定位终端接收各个基站的信息帧并保存时间戳，从基站接收主基站发出的信息帧并保存时间戳，并将相关时间戳信息通过信息帧进行广播；S5：当定位终端接收到最后一个序号的从基站信息帧后，将分析之前接收到的所有信息帧信息，筛选出同一区域的信息帧；S6：将同一区域所有基站的发送时间戳都同步到定位终端同一时间起点上；S7：定位终端求解出定位终端到达该区域任意两个基站的距离差，最后利用任意三组定位终端到基站的距离差数据并结合四个基站的安装坐标实现定位终端坐标解算；S8：将该区域内四个基站随机组合求解出四组定位坐标，最后将四组定位坐标进行滤波处理，将处理后的坐标作为定位坐标；S9：通过无线通信将定位坐标上传到中心站定位引擎，中心站定位引擎进行坐标及轨迹显示；所述定位终端包括主控MCU模块，与所述主控MCU模块连接的UWB模块、DCDC模块、无线通信模块、FLASH模块、显示模块、实时时钟RTC模块、看门狗模块；所述主控MCU模块控制UWB模块实现UWB收发功能，并对接收信息帧进行分析，解算出定位终端定位坐标；所述DCDC模块对锂电供电电压进行降压滤波处理；所述无线通信模块负责将主控MCU模块解算出的坐标进行上传以及相关配置下发；所述FLASH模块存储定位终端配置信息以及GIS地图信息；显示模块用于显示定位信息；所述实时时钟RTC模块用于为主控MCU模块提供时间基准；所述看门狗模块用于对主控MCU模块进行监控复位；定位区域主从基站根据信息帧广播时序依次进行信息帧广播，广播完第一轮信息帧后紧接着进行第二轮广播，并一直进行循环广播；Tag为定位终端，其中MAnchor为该定位区域主基站，SAnchor1～SAnchorN为该定位区域内的从基站，TB1为MAnchor前一轮广播信息帧时间戳，TB2为本轮MAnchor广播信息帧时间戳，TA2和TC2分别表示Tag和SAnchor1接收到本轮MAnchor广播信息帧时刻的时间戳，TBC表示信息帧从MAnchor传输到SAnchor1所需要的时间；MAnchor和SAnchor1之间的距离d1在MAnchor上电时通过DS-TWR测量得到，根据距离等于光速乘以时间求解出TBC的值；TC23为SAnchor1接收MAnchor广播信息帧和SAnchor1发送广播信息帧之间时间差，SAnchor1在TC3时刻进行信息帧广播，并且在信息帧里面附带TBC和TC23两个时间间隔值，Tag在TA3时刻接收到SAnchor1广播的信息帧并记录时间戳；Tag将SAnchor1广播的信息帧等效为从TC4时刻发送，TA4时刻接收到信息帧，使得MAnchor和SAnchor1各自广播信息帧处于同一时刻发送；ΔTBC表示MAnchor和SAnchor1信息帧传递到Tag的时间差，同理求得该区域任意两个Anchor信息帧广播到Tag的时间差；Tag和SAnchor1之间的时间同步系数为：TA2-TA1＝kTC2-TC11时间同步后的时间差求解公式如下： ΔTBC表示MAnchor和SAnchor1传输到Tag时间差；TA3表示Tag接收SAnchor1信息帧时间戳；TC3表示SAnchor1广播信息帧时间戳；TC2表示SAnchor1接收MAnchor信息帧时间戳；TA2表示Tag接收MAnchor信息帧时间戳；d1表示Manchor和SAnchor之间距离；c表示光速；k表示Tag和SAnchor1之间时间同步系数；定位终端计算出任意两个Anchor信息帧的接收时间差，满足该时间差的点集合得到一条双曲线，得到三条双曲线，其交汇点就是定位终端的坐标；令MAnchor、SAnchor1、SAnchor2三个基站的坐标分别是xa,ya、xb,yb、xc,yc，定位终端Tag的坐标为x,y，利用三条双曲线相交得到以下公式： 式中：ta表示等效后MAnchor信息帧接收时间戳；tb表示等效后SAnchor1信息帧接收时间戳；tc表示等效后SAnchor2信息帧接收时间戳；对式3进行解算求得定位终端坐标x,y的具体值，一个定位区域由四个基站组成，随机选取三个基站数据进行求解，总共求解出四组坐标值，将四个坐标值进行卡尔曼滤波处理后，得到最终的定位终端坐标值。

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