时序获取装置及其定位装置和方法

文档序号:10723155阅读:392来源:国知局
时序获取装置及其定位装置和方法
【专利摘要】公开了一种时序获取装置及其定位装置和方法。定位装置包括第一装置、第二装置、第三装置和第四装置。第一装置发射第一定位信号,第二装置发射第二定位信号,第一装置和第二装置物理位置已知。第三装置接收第一定位信号和第二定位信号,第三装置物理位置已知,第三装置记录第一定位信号和第二定位信号到达第三装置的时间信息,并结合第一装置、第二装置和第三装置的位置信息来获取定位信号的发射时间差。第四装置接收第一定位信号和第二定位信号,记录其到达第四装置的时间信息,并与第三装置所获取的第一定位信号和第二定位信号的发射时间差联合解算第四装置的位置,本发明可降低各定位信号发射装置间的时钟同步要求。
【专利说明】
时序获取装置及其定位装置和方法
技术领域
[0001] 本公开涉及无线通信,更具体地,本公开涉及无线通信中装置间的时序获取。
【背景技术】
[0002] 短距离、高精度室内定位技术在城市密集区域和室内封闭空间应用非常广泛。现 有室内定位技术常用的定位算法有到达时间Τ0Α定位及到达时间差TD0A定位等。Τ0Α定位需 要各定位基站与移动终端精确的时钟同步才能实现较高精度的定位。TD0A定位需要已知各 定位基站发射定位信号精确的时序关系。现有技术中确定各个定位基站之间发射定位信号 时序关系的方法主要是使各个定位基站间实现精确的时钟同步,常用的同步方法主要有两 种,一是各个定位基站中各自包含精确的同步时钟,如原子钟等,这种方法成本较高,且需 定期对其进行时钟校准;二是各定位基站间传输同步信号,此方法需要各定位基站包含同 步信号接收机,所述接收机需对同步信号进行滤波、放大、整形等处理,其结构较为复杂,成 本及功耗都较高,且同步系统独立于定位系统存在,造成了资源浪费。因此,研究低成本、低 功耗、高精度的基站发射定位信号时序关系获取系统成为了本领域研究人员亟需解决的问 题。

【发明内容】

[0003] 依据本发明的另一个方面,提出了一种定位方法。该定位方法包括:发射第一定位 信号和第二定位信号,记录第一定位信号与第二定位信号到达位置已知装置的时间信息解 算第一定位信号与第二定位信号之间的第一发射时间差,记录第一定位信号与第二定位信 号到达待定位装置的时间信息,以及根据第一发射时间差和第一定位信号与第二定位信号 到达待定位装置的时间信息解算所述待定位装置的位置信息。
[0004] 依据本发明的一个方面,提出了 一种定位装置。该定位装置包括第一装置、第二装 置、第三装置和第四装置。第一装置,发射第一定位信号,且第一装置物理位置已知。第二装 置,发射第二定位信号,且第二装置物理位置已知。第三装置,接收第一定位信号和第二定 位信号,且第三装置物理位置已知。第四装置,接收第一定位信号和第二定位信号。
[0005]其中,定位装置利用第一定位信号和第二定位信号分别到达第三装置的时间信息 以及第一装置、第二装置和第三装置的物理位置信息获得第一装置和第二装置分别发射第 一定位信号和第二定位信号的第一发射时间差,定位装置还利用第一发射时间差、第一定 位信号和第二定位信号到达第四装置的时间信息以及第一装置和第二装置的物理位置信 息定位第四装置。
[0006]依据本发明的另一个方面,提出了一种用于获取信号发射时序的装置。该装置包 括第三装置。第三装置接收第一定位信号和第二定位信号,该第三装置物理位置已知。该信 号发射时序获取装置记录第一定位信号与第二定位信号到达第三装置的时间信息,以获取 第一定位信号与第二定位信号间的发射时间差。
【附图说明】
[0007] 图1给出依据本发明一种个实施例的时序获取装置100的示意图;
[0008] 图2给出图1所示实施例中时序获取装置100的工作时序示意图;
[0009] 图3给出依据本发明一个实施例的定位系统300的示意图;
[0010] 图4示出依据本发明一个实施例的定位方法400的流程图。
【具体实施方式】
[0011] 下面将详细描述本发明的具体实施例,应当注意,这里描述的实施例只用于举例 说明,并不用于限制本发明。在以下描述中,为了提供对本发明的透彻理解,阐述了大量特 定细节。然而,对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发 明。在其他实例中,为了避免混淆本发明,未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0012] 在整个说明书中,对"一个实施例"、"实施例"、"一个示例"或"示例"的提及意味 着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。 因此,在整个说明书的各个地方出现的短语"在一个实施例中"、"在实施例中"、"一个示例" 或"示例"不一定都指同一实施例或示例。此外,可以以任何适当的组合和、或子组合将特定 的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外,本领域普通技术人员应当理 解,在此提供的示图都是为了说明的目的,并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解,当 称"元件""连接到"或"親接"到另一元件时,它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以 存在中间元件。相反,当称元件"直接连接到"或"直接親接到"另一元件时,不存在中间元 件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语"和/或"包括一个或多个相关列出的 项目的任何和所有组合。下面某些实施例中所述的定位信号可以是超宽带信号、调频信号、 脉冲信号等无线信号。
[0013] 图1给出依据本发明一个实施例的时序获取装置100的示意图。如图1所示,该时序 获取装置100示例性地包括定位基站BSi和BS(i+l)以及定位信号接收机FR,其中,定位基站 BSi、BS(i+l)以及定位信号接收机FR的三维位置已知。在一个实施例中,所述定位基站BSi、 BS( i+1)以及定位信号接收机FR是地理上固定的。
[0014] 定位基站BSi发射定位信号Si,定位基站BS( i + Ι)发射定位信号S( i + Ι ),定位信号 接收机FR接收定位信号Si和S(i+1),并记录定位信号Si和S(i+1)到达其自身的时间信息以 用于解算定位信号Si和S(i+1)的发射时间差。
[0015] 图2给出图1所示实施例中时序获取装置100的工作时序示意图。如图2所示,定位 基站BSi、定位基站BS(i + l)以及定位信号接收机FR享有各自的时钟,分别用clkl、clk2、 clk3表示。如果没有进行时钟同步,各自的时钟clkl、clk2、clk3是不一致的。定位基站BSi 在以自身时钟clkl为基准的Bti时刻发射定位信号Si,定位基站BS(i+l)在以自身时钟clk2 为基准的Bt(i+1)时刻发射定位信号S(i+1),定位信号接收机FR在以自身时钟clk3为基准 的Fti'时刻接收到定位信号Si,在以自身时钟clk3为基准的Ft(i+1)'时刻接收到定位信号 S(i+l)〇
[0016] 由于定位基站BSi、BS( i+Ι)以及定位信号接收机FR的位置已知,则图1中的定位基 站BSi、BS( i + Ι)与定位信号接收机的距离di和d( i+Ι)即为已知;而定位信号Si和S( i+Ι)到 达定位信号接收机FR的时刻Fti'和Ft(i+1)'由定位信号接收机FR记录且以定位信号接收 机FR自身时钟clk3为基准。根据上述已知信息可以得到当以定位信号接收机FR时钟clk3为 基准时,定位信号Si和S(i+1)的发射时刻Fti和Ft(i+1),其表达式如式(1)和式(2)给出。
[0019]其中c是定位信号在自由空间中的传播速度。将式(1)和式(2)做差可以得到式 ⑶。
[0021]其中Fti_i+1是定位信号Si和S(i+1)相对于定位信号接收机FR的时钟clk3的发射 时间差。本领域技术人员应当理解,相对于没有与定位基站及定位信号接收机进行时钟同 步的另一装置,其自身时钟用clk4表示,定位信号Si和S(i+1)相对于时钟clk4的发射时刻 不同于其相对于时钟clk3的发射时刻Fti和Ft(i+1),然而定位信号Si和S(i+1)相对于时钟 clk4的发射时间差等同于其相对于时钟clk3的发射时间差Fti_i+1。即定位信号的发射时 刻相对于不同的时钟会有不同的值,但定位信号间的发射时间差相对于任一时钟都是相等 的。
[0022]图3给出依据本发明一个实施例的定位系统300的示意图。如图3中所示,定位系统 300示例性地包括定位基站BS1、BS2和BS3,定位信号接收机FR以及待定位装置MS,其中,所 述三个定位基站BS1、BS2和BS3以及定位信号接收机FR的三维位置已知,则定位基站BS1、 BS2和BS3距定位信号接收机FR的距离可知,分别表示为dl、d2和d3。定位基站BS1、BS2和BS3 分别发射定位信号SI、S2和S3;定位信号接收机FR接收定位信号SI、S2和S3,并记录各定位 信号到达自身的时刻,分别为Fti'、Ft2'和Ft3';待定位装置MS接收定位信号SI、S2和S3,并 记录各定位信号到达自身的时刻,分别为批1^丨2^批3\在一个实施例中,所述三个定 位基站BS1、BS2和BS3以及定位信号接收机FR是地理上固定的,而待定位装置MS是可移动 的。
[0023]在图3所示实施例中,定位基站BS1和BS2以及定位信号接收机FR,定位基站BS2和 BS3以及定位信号接收机FR,定位基站BS1和BS3以及定位信号接收机FR分别构成图1所示的 时序获取装置100,即和图1所示的定位基站BSi和BS(i+l)以及定位信号接收机FR相对应。 它们以和图1所示时序获取装置100类似的方式进行工作,分别得到定位信号S1和S2的发射 时间差Ftl_2,定位信号S2和S3的发射时间差Ft2_3,定位信号S1和S3的发射时间差Ftl_3。 由图1所示实施例中的式(3)可以得到式(4)、式(5)和式(6)。

[0027] 因此,本领域技术人员应当理解,图3所示定位系统300可包括和引用图1所示实施 例的内容,而不会违背本发明的精神。根据图1所示实施例可知,上述定位信号的发射时间 差可被任一其他装置使用,下面将上述定位信号的发射时间差用于对待定位装置MS的定 位。
[0028] 本实施例采用TD0A(Time Difference of Arrival,到达时间差)定位算法,利用 定位信号到达待定位装置MS的时间差以及定位信号间的发射时间差计算定位信号空间传 播时间差,进而确定待定位装置MS到定位基站的距离差,从而对待定位装置MS进行定位。上 述距离差可由式(7)、式(8)和式(9)得到。
[0029] Rl-R2 = (Mtl,-Mt2,-Ftl_2) · c (7)
[0030] R2-R3 = (Mt2,-Mt3,-Ft2_3) · c (8)
[0031] Rl-R3 = (Mtl,-Mt3,-Ftl_3) · c (9)
[0032] 其中,定位信号SI和S2的发射时间差Ftl_2、定位信号S2和S3的发射时间差Ft2_3、 定位信号S1和S3的发射时间差Ftl_3可由式(4)、式(5)和式(6)得到。分别 为定位信号SI、S2和S3到达待定位装置MS的时刻,R1、R2和R3分别为待定位装置MS与定位基 站BS1、BS2和BS3之间的距离。从式(4)~(9)可以看出,距离差的获得只用到了定位信号到 达定位信号接收机FR和待定位装置MS的时间差值,因此,在另一实施例中,定位信号接收机 FR和/或待定位装置MS可只记录定位信号到达自身的时间差。定位信号S1和S2到达待定位 装置MS的时间差为Mtl2',定位信号S2和S3到达待定位装置MS的时间差为Mt23',定位信号 S1和S3到达待定位装置MS的时间差为Mtl3S则式(7)、式(8)和式(9)可变为式(10)、式(11) 和式(12)。
[0033] Rl-R2 = (Mtl2,_Ftl_2) · c (10)
[0034] R2-R3 = (Mt23'-Ft2_3) · c (11)
[0035] Rl-R3 = (Mtl3,_Ftl_3) · c (12)
[0036] 如图3中虚线所示,以发射这两个定位信号的定位基站的所在位置为焦点(在一个 预设的系统中,定位基站的所在位置均已知),上述求得的距离差为到达两个焦点的距离差 的常数,这样就得到了三组双曲线。这三组双曲线交于点MS和MS'。依据现有技术可以剔除 虚交点MS',从而获得待定位装置MS所在的位置。
[0037] 图3所示的实施例给出了将定位信号接收机FR获取的定位信号发射时间差用于利 用所述定位信号定位待定位装置MS的情况。在另一实施例中,系统为各定位基站分配了固 定的发射时序,也就是使各定位基站按照固定的时间间隔发射定位信号。此时可以将定位 信号接收机FR某次获取的定位信号发射时间差用于多次定位。这里认为一段时间内各定位 基站发射定位信号的时间差不变。在实际应用中需要根据各定位基站的时钟稳定程度来确 定测量定位信号发射间隔的频率,以在保证准确度的前提下减少系统传输的数据量。
[0038] 由上述分析可知,根据本发明的技术方案,是利用定位信号接收机接收定位信号 的方式得到各定位信号的发射时间差,并将上述定位信号的发射时间差用于定位待定位装 置上。在本发明中,一方面由于各定位基站和定位信号接收机的三维位置已知,各定位基站 与定位信号接收机间的距离可以由系统本身得到,则以定位信号接收机时钟为基准的定位 信号发射时间差就能被系统容易地、精确地知道;另一方面,以定位信号接收机时钟为基准 的定位信号发射时间差等同于以待定位装置时钟为基准的定位信号发射时间差。因此,依 据本发明的实施例,能够解算出定位信号间的空间传播时间差,进而利用TDOA定位算法对 待定位装置进行定位。上述方法无需各定位基站间精确的时钟同步,解决了现有技术中时 钟同步难的问题,能够低成本地实现对待定位装置的高精度定位。
[0039] 图4示出依据本发明一个实施例的定位方法400的流程图。定位方法包括如下步 骤:
[0040] 步骤401:定位基站BSi发射第一定位信号Si,定位基站BS(i+l)产生并发射第二定 位?目号S( i+Ι)。
[0041] 步骤402:定位信号接收机FR接收第一定位信号Si和第二定位信号S(i+1),记录第 一定位信号Si和第二定位信号S(i+1)到达自身的时间信息,并将上述时间信息输出至待定 位装置MS。
[0042] 步骤403:待定位装置MS接收第一定位信号Si和第二定位信号S(i+1),并记录第一 定位信号Si和第二定位信号S(i+1)到达自身的时间信息。
[0043] 步骤404:待定位装置MS根据第一定位信号Si和第二定位信号S(i+1)到达自身的 时间信息、从定位信号接收机FR获取的第一定位信号Si和第二定位信号S(i+1)到达定位信 号接收机FR的时间信息,以及定位基站位置信息解算自身位置。
[0044] 在一个实施例中,上述定位方法还包括定位基站BS(i+2)产生并发射第三定位信 号S(i+2)。定位信号接收机FR和待定位装置MS记录第三定位信号S(i+2)、第二定位信号S(i +1)和第一定位信号Si到达自身的时间信息。
[0045]如以上所提到的,虽然已经说明和描述了本发明的优选实施例,但在不背离本发 明的精神和范围的情况下,可进行许多改变。由此,本发明的范围不由优选实施例的公开所 限制。而是,应当完全参考随后的权利要求来确定本发明。
【主权项】
1. 一种定位方法,包括: 发射第一定位信号和第二定位信号; 记录第一定位信号与第二定位信号到达位置已知装置的时间信息; 解算发射第一定位信号与发射第二定位信号之间的第一发射时间差; 记录第一定位信号与第二定位信号到达待定位装置的时间信息;以及 根据第一发射时间差和第一定位信号与第二定位信号到达待定位装置的时间信息解 算所述待定位装置的位置信息。2. 如权利要求1所述的定位方法,其中,解算第一发射时间差的步骤包括利用位置已知 装置的位置信息和第一定位信号与第二定位信号的发射位置信息来获得第一发射时间差。3. 如权利要求1所述的定位方法,其中,解算待定位装置位置信息的步骤包括根据第一 发射时间差和第一定位信号与第二定位信号到达待定位装置的时间差获得第一定位信号 与第二定位信号的发射位置到待定位装置的距离差。4. 如权利要求1所述的定位方法,还包括: 发射第三定位信号; 记录第三定位信号到达位置已知装置的时间信息; 解算发射第三定位信号与发射第一定位信号之间的第二发射时间差以及发射第三定 位信号与发射第二定位信号之间的第三发射时间差; 记录第三定位信号到达待定位装置的时间信息;以及 根据第一发射时间差、第二发射时间差以及第三发射时间差和第一定位信号、第二定 位信号以及第三定位信号到达待定位装置的时间信息解算所述待定位装置的位置信息。5. 如权利要求4所述的定位方法,其中,解算第二发射时间差和第三发射时间差的步骤 包括利用位置已知装置的位置信息和第一定位信号、第二定位信号与第三定位信号的发射 位置信息来获得第二发射时间差和第三发射时间差。6. 如权利要求4所述的定位方法,其中,解算待定位装置位置信息的步骤包括: 根据第一发射时间差和第一定位信号与第二定位信号到达待定位装置的时间差获得 第一定位信号与第二定位信号的发射位置到待定位装置的第一距离差; 根据第二发射时间差和第一定位信号与第三定位信号到达待定位装置的时间差获得 第一定位信号与第三定位信号的发射位置到待定位装置的第二距离差; 根据第三发射时间差和第二定位信号与第三定位信号到达待定位装置的时间差获得 第二定位信号与第三定位信号的发射位置到待定位装置的第三距离差;以及 根据第一定位信号、第二定位信号和第三定位信号的发射位置与第一距离差、第二距 离差和第三距离差确定待定位装置的位置信息。7. -种定位装置,包括: 第一装置,发射第一定位信号,其中,所述第一装置物理位置已知; 第二装置,发射第二定位信号,其中,所述第二装置物理位置已知; 第三装置,接收第一定位信号和第二定位信号,其中,所述第三装置物理位置已知;以 及 第四装置,接收第一定位信号和第二定位信号; 其中,定位装置利用第一定位信号和第二定位信号分别到达第三装置的时间信息以及 第一装置、第二装置和第三装置的物理位置信息获得第一装置和第二装置分别发射第一定 位信号和第二定位信号的第一发射时间差,定位装置还利用第一发射时间差、第一定位信 号和第二定位信号到达第四装置的时间信息以及第一装置和第二装置的物理位置信息定 位第四装置。8. 如权利要求7所述的定位装置,还包括: 第五装置,发射第三定位信号,其中,所述第五装置物理位置已知; 其中,第三装置和第四装置接收第三定位信号,定位装置利用第一定位信号、第二定位 信号和第三定位信号到达第三装置的时间信息以及第一装置、第二装置、第五装置和第三 装置的物理位置信息获得第一装置和第五装置分别发射第一定位信号和第三定位信号的 第二发射时间差,以及第二装置和第五装置分别发射第二定位信号和第三定位信号的第三 发射时间差; 定位装置还利用第一发射时间差、第二发射时间差和第三发射时间差,第一定位信号、 第二定位信号和第三定位信号到达第四装置的时间信息以及第一装置、第二装置和第五装 置的物理位置信息用于定位第四装置。9. 如权利要求7所述的定位装置,其中,定位装置 根据第一发射时间差和第一定位信号与第二定位信号到达第四装置的时间差获得第 一装置和第二装置到第四装置的第一距离差; 根据第二发射时间差和第一定位信号与第三定位信号到达第四装置的时间差获得第 一装置和第五装置到第四装置的第二距离差; 根据第三发射时间差和第二定位信号与第三定位信号到达第四装置的时间差获得第 二装置和第五装置到第四装置的第三距离差;以及 根据第一装置、第二装置、第五装置的位置信息与第一距离差、第二距离差和第三距离 差确定第四装置的位置信息。10. -种获取信号发射时序的装置,包括: 第三装置,接收第一定位信号和第二定位信号,所述第三装置物理位置已知; 所述信号发射时序获取装置记录第一定位信号与第二定位信号到达第三装置的时间 信息,以获取第一定位信号与第二定位信号间的发射时间差。
【文档编号】G01S5/00GK106093850SQ201610393461
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月4日 公开号201610393461.9, CN 106093850 A, CN 106093850A, CN 201610393461, CN-A-106093850, CN106093850 A, CN106093850A, CN201610393461, CN201610393461.9
【发明人】张晨曦, 朱晓章, 熊桂荣, 杨德强
【申请人】四川中电昆辰科技有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1