定位系统以及用于定位系统的同步控制器组网系统的制作方法

本公开涉及无线通信，更具体地，本公开涉及定位领域。

背景技术：

随着数据业务和多媒体业务的快速增加，在短距离高速率无线通信的基础上，人们对位置信息感知的需求也日益增大。尤其在复杂环境中，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等，或者一些需要对人员定位具有特殊需求的环境，如监狱、幼儿园、医院、养老院等，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品的位置信息，进而用于监控管理、安全报警、指挥调度、物流、遥测遥控和紧急救援等需求。

常用的定位算法有toa(timeofarrival，到达时间)定位算法以及tdoa(timedifferenceofarrival，到达时间差)定位算法。其中，toa定位算法需要待定位目标与定位基站间精确的时钟同步，而tdoa只需要定位基站间的时钟同步，降低了定位系统的复杂度，因此，tdoa定位算法目前被广泛使用。现有技术中对于各个定位基站之间常用的同步方法主要有两种，一是每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验；二是在各定位基站间传输同步信号，此方法中的同步信号通常由同步控制器产生，但在实际的应用场景中，定位系统中包含的定位基站个数较多时，一台同步控制器很难覆盖全部定位基站。因此，研究包含众多定位基站的定位系统中的同步控制器组网方案，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明一种用于定位系统的同步控制器组网系统，包括第一同步控制器、第一组定位基站组、第二同步控制器以及第二组定位基站组。第一同步控制器具有m个接口，其中，m为正整数，其中，第一同步控制器通过a个接口提供同步信号。第一组定位基站组包括a个定位基站组，第一组定位基站组中的每个定位基站组均包括至少一个定位基站，当一个定位基站组包括多个定位基站时，该定位基站组内的多个定位基站之间通过连接线路耦接，其中，第一组定位基站组中的每个定位基站组中的第一个定位基站分别耦接至第一同步控制器的a个接口中的相应接口以接收同步信号并把接收到的同步信号通过连接线路传输给该定位基站组内的定位基站。第二同步控制器，具有n个接口，其中，n为正整数，其中，第二同步控制器的一个接口耦接至第一同步控制器的未与第一组定位基站组耦接的一个接口或第一组定位基站组中任意一个定位基站以接收同步信号，第二同步控制器根据接收的同步信号在b个接口处提供同步信号，其中b为小于等于n-1的正整数。第二组定位基站组包括b个定位基站组，第二组定位基站组中的每个定位基站组均包括至少一个定位基站，当一个定位基站组包括多个定位基站时，该定位基站组内的多个定位基站之间通过连接线路耦接，其中，第二组定位基站组中的每个定位基站组中的第一个定位基站分别耦接至第二同步控制器的b个接口中的相应接口以接收同步信号并把接收到的同步信号通过连接线路传输给该定位基站组内的定位基站。其中，当第一同步控制器还在未与第一组定位基站组耦接的一个接口处提供同步信号且第二同步控制器的未与第二组定位基站组耦接的一个接口耦接至第一同步控制器的该未与第一组定位基站组耦接的一个接口以接收同步信号时，a为小于等于m-1的正整数；当第二同步控制器的一个接口耦接至第一组定位基站组中任意一个定位基站以接收同步信号时，a为小于等于m的正整数。

另一方面，本发明公开了一种定位系统，包括发射定位信号的待定位装置、第一同步控制器、第一组定位基站组、第二同步控制器以及第二组定位基站组。其中，第一同步控制器具有m个接口，其中，m为正整数，其中，第一同步控制器通过a接口提供同步信号。第一组定位基站组包括a个定位基站组，第一组定位基站组中的每个定位基站组均包括至少一个定位基站，当一个定位基站组包括多个定位基站时，该定位基站组内的多个定位基站之间通过连接线路耦接，其中，第一组定位基站组中的每个定位基站组中的第一个定位基站分别耦接至第一同步控制器的a个接口中的相应接口以接收同步信号并把接收到的同步信号通过连接线路传输给该定位基站组内的定位基站，且第一组定位基站组中的每个定位基站均接收所述定位信号且将接收到定位信号的时间信息通过连接线路回传至第一同步控制器。第二同步控制器具有n个接口，其中，n为正整数，其中，第二同步控制器的一个接口耦接至第一同步控制器的未与第一组定位基站组耦接的一个接口或第一组定位基站组中任意一个定位基站以接收同步信号，第二同步控制器根据接收的同步信号在b个接口处提供同步信号，其中b为小于等于n-1的正整数。第二组定位基站组包括b个定位基站组，第二组定位基站组中的每个定位基站组均包括至少一个定位基站，当一个定位基站组包括多个定位基站时，该定位基站组内的多个定位基站之间通过连接线路耦接，其中，第二组定位基站组中的每个定位基站组中的第一个定位基站分别耦接至第二同步控制器的b个接口中的相应接口以接收同步信号并把接收到的同步信号通过连接线路传输给该定位基站组内的定位基站，且第二组定位基站组中的每个定位基站均接收所述定位信号且将接收到定位信号的时间信息通过连接线路回传至第二同步控制器。其中，当第一同步控制器还在未与第一组定位基站组耦接的一个接口处提供同步信号且第二同步控制器的未与第二组定位基站组耦接的一个接口耦接至第一同步控制器的该未与第一组定位基站组耦接的一个接口以接收同步信号时，a为小于等于m-1的正整数；当第二同步控制器的一个接口耦接至第一组定位基站组中任意一个定位基站以接收同步信号时，a为小于等于m的正整数。

本发明的有益效果是，同步信号的传输和数据的回传分时复用同一链路，减少了系统复杂度，同时，使用有线线路传输同步信号以及回传数据提高了传输可靠性，且避免使信号发射端和接收端包含无线发射和/或接收装置，节约了成本。此外，本发明公开的定位系统可以包含数量众多的定位基站，实现了待定位区域的扩展，同时采用同步控制器分级级联，缩短了数据回传周期，从而缩短了定位周期，提高了定位实时性，增加了定位系统中待定位装置的容量。

附图说明

图1给出依据本发明一种实施例的定位系统中同步控制器组网系统100的示意图；

图2给出图1所示实施例的同步控制器组网系统100的工作时序示意图；

图3给出依据本发明一种实施例的同步控制器内部结构300的示意图。

具体实施方式

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。

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“耦接”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“直接耦接到”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。

图1给出依据本发明一种实施例的定位系统中同步控制器组网系统100的示意图。如图1所示，定位系统包括待定位装置ms、定位基站bs、同步控制器sync以及定位服务器ls。其中，待定位装置ms向定位基站bs发射定位信号s；定位基站bs接收定位信号s，并记录定位信号s到达自身的时间信息，此外，定位基站bs将所述时间信息发送给同步控制器sync；同步控制器sync接收到各定位基站bs发送的定位信号s到达时间信息，并将所述到达时间信息发送给定位服务器ls；定位服务器ls利用同步控制器sync发送的到达时间信息，利用tdoa(timedeferenceofarrival，到达时间差)定位算法解算待定位装置ms的位置信息。另一方面，同步控制器sync控制各定位基站bs的时钟同步，以得到定位信号s到达各定位基站bs的精确时间差。在一个实施例中，定位系统包括同步控制器sync-a和同步控制器sync-b，同步控制器sync-a和同步控制器sync-b分别包括m个接口。同步控制器sync-a的每个接口分别用有线线路依次串联n个定位基站bs，同步控制器sync-a的第m个接口串联的最后一个定位基站bsam-n用有线线路连接同步控制器sync-b的接口1。所述有线线路的类型根据同步信号的类型进行选择，例如，同步信号是光信号，则有线线路为光纤；同步信号为超宽带信号，则有线线路为同轴线或双绞线。本领域技术人员应该理解，在另一个实施例中，定位系统可以包括两个以上的同步控制器sync，每个同步控制器sync可以包含相同个数或不同个数的接口，定位系统将多个同步控制器sync中的一个作为主同步控制器，主控同步控制器的每个接口分别用有线线路串联相同个数或不同个数的定位基站bs，一个或多个接口串联的最后一个定位基站bs连接至相应个数的二级同步控制器的接口上，所述二级同步控制器的其他接口串联相同或不同个数的定位基站bs，根据定位系统的实际定位需求，二级同步控制器同样可以按照主同步控制器连接二级同步控制器的方式连接下一级同步控制器，以此类推。在又一个实施例中，同步控制器sync包含未与定位基站或次级同步控制器相连接的接口。

在图1所示的实施例中，同步控制器sync-a通过接口1至接口m分别向与之相连接的定位基站bsa1-1至bsam-1传送同步信号。在一个实施例中，同步信号可以是相同的信号也可以是不同的信号，当同步信号是不同的信号时，同步信号具有已知的发射时序关系。所述定位基站bsa1-1至bsam-1分别具有两个接口，其中，一个接口通过有线线路接收同步控制器发送的同步信号，并经由定位基站的内部线路通过另一接口传送至与之相连接的下一定位基站，以此类推。在图1所示实施例中，当同步信号传输至与同步控制器sync-a接口m相连接的最后一个定位基站bsam-n时，定位基站bsam-n通过有线线路将同步信号传输至同步控制器sync-b的接口1，同步控制器sync-b从接口1接收到定位基站bsam-n传送的同步信号后，与此同时，或间隔一个已知的时间通过同步控制器sync-b的接口2至接口m向与之相连接的定位基站bsb2-1至bsbm-1传送同步信号。在一个实施例中，同步信号可以是相同的信号也可以是不同的信号，当同步信号是不同的信号时，同步信号具有已知的发射时序关系。所述定位基站bsb2-1至bsbm-1向与之相连接的下一定位基站传输同步信号，直至最后一个定位基站接收到同步信号。

同步控制器与定位基站的组网方式可以有多种，在一个实施例中，同步信号可以从同步控制器的某一接口直接传输至次级同步控制器的某一接口；在另一个实施例中，某一定位基站具有两个以上的接口，所述定位基站从某一接口接收到同步信号后，经由其余端口向一个或多个次级同步控制器和/或定位基站传输同步信号。本领域技术人员应当理解，上面所有实施例中提到的同步控制器与定位基站的组网方式可以在同一定位系统中任意组合。

图2给出图1所示实施例的同步控制器组网系统100的工作时序示意图。由于图1所示实施例中定位基站众多，为了方便描述，图2中只给出了图1所示实施例中与同步控制器sync-a的接口m相连接的定位基站bsam-1至bsam-n以及与同步控制器sync-b的接口2相连接的定位基站bsb2-1至bsb2-n的工作时序。在一个实施例中，同步控制器sync的所有接口是并行工作的，图1所示实施例中与同步控制器sync其余接口相连接的定位基站的工作方式与图2中定位基站的工作方式相同。定位系统为每个待定位装置ms分配了相应的定位周期t，图2所示的工作时序图中给出了一个定位周期t的工作时序。所述定位周期t又依次分为同步时段t-syn、定位信号接收时段tr以及数据回传时段tb，数据回传时段tb又分为n个数据回传子时段tb1至tbn，数据回传子时段的个数等于定位系统中与所有同步控制器sync的所有接口相连接的最多的定位基站的个数。

在同步时段t-syn中，按照图1所示实施例的步骤，使定位系统中所有定位基站bs都接收到同步信号。定位基站bs通过接收同步信号校准自身时钟的方法有多种，为本领域的公知常识，并不是本发明的重点所在，此处不加以赘述。在完成各定位基站bs的时钟同步后，进入定位时段tr，定位系统控制相对应于该定位周期的待定位装置ms发射定位信号s，各定位基站bs接收定位信号s，并记录定位信号s到达自身的时间信息，当定位系统中距离待定位装置ms最远的定位基站接收到定位信号s时，结束定位时段tr。本领域技术人员应当理解，由于空间遮挡及信号衰减，并不是所有的定位基站bs都能接收到定位信号s，同样地，定位系统中距离待定位装置ms最远的定位基站也不一定能接收到定位信号s，此时，定位系统可以根据待定位区域的范围规定一个定位信号最大传输长度所对应的最大传输时间，在一个实施例中，待定位区域为矩形，则定位信号最大传输长度即为所述矩形的对角线长度，根据定位信号s的传播速度即可求得最大传输时间。而后，进入数据回传时段tb，各定位基站记录定位信号s到达自身的时间信息后，需向其对应的各同步控制器sync回传所述时间信息，在一个实施例中，回传数据还包括定位基站自身的身份信息，以使相对应的同步控制器sync得知接收到的时间信息来自哪一定位基站。数据回传时段tb被分割成n个数据回传子时段，分别对应与同步控制器sync的一个接口连接的不同定位基站，上述定位基站处于同一数据回传链路中，为了防止传输过程中的冲突，每个数据回传子时段只回传所述数据回传子时段对应的定位基站的回传数据。如图2所示，数据回传子时段tb1对应定位基站bsam-1和定位基站bsb2-1，本领域技术人员应当理解，定位基站的数据只回传至与该定位基站连接的第一个同步控制器中，所述同步控制器并不将该数据向上一级的同步控制器传输，因此，定位基站bsam-1和定位基站bsb2-1处于不同的数据回传链路中，可以共享同样的数据回传子时段tb1，而并不会造成数据传输冲突。定位基站bsam-1和定位基站bsb2-1在数据回传子时段tb1期间，将各自的回传数据分别传输至与之连接的同步控制器的对应接口。数据回传子时段tb2对应定位基站bsam-2和定位基站bsb2-2，定位基站bsam-2和定位基站bsb2-2的回传数据分别通过与之连接的定位基站bsam-1和定位基站bsb2-1传输至同步控制器的对应接口。同样地，数据回传子时段tbn对应定位基站bsam-n和定位基站bsb2-n，定位基站bsam-n和定位基站bsb2-n的回传数据分别通过与之连接的定位基站bsam-(n-1)…bsam-1以及定位基站bsb2-(n-1)…bsb2-1传输至同步控制器的对应接口。直到同步控制器sync接收到与之相连接的所有定位基站bs的回传数据后，结束数据回传时段tb。同步控制器sync再将接收到的各定位基站的回传数据发送给定位服务器ls。

图3给出依据本发明一种实施例的次级同步控制器的内部结构300的示意图，所述次级同步控制器包括同步信号产生模块301、数据接收模块302、数据传输模块303以及接口1至接口m。接口1接收来自上级同步控制器或者与上级同步控制器相连接的定位基站传送的上级同步信号syn，并将上级同步信号syn传输至同步信号产生模块301，同步信号产生模块301接收到上级同步信号syn后，与此同时或者间隔一个已知的时间产生同步信号syn2…synm，并分别传输至接口2至接口m，所述同步信号syn2…synm可以为相同信号或不同信号，若同步信号为不同信号，则具有已知的发送时序关系。数据接收模块302经由接口2至接口m接收分别与接口2至接口m相连接的定位基站的回传数据d21～d2n…dm1～dmn，进行打包并发送给数据传输模块303，数据传输模块303再经由有线线路或无线线路将数据传送至定位服务器。在一个实施例中，数据传输模块303可以为网口、usb口、蓝牙等。

在一个实施例中，主同步控制器的内部结构与图3所示实施例基本相同，其区别在于，接口1不接收上级同步信号syn，同步信号产生模块301产生相同或不同的同步信号syn1…synm并分别传送至接口1至接口m，接口1与其他接口一样，向数据接收模块302传送与接口1相连接的定位基站的回传数据d11～d1n。

本发明公开的实施例给出了一种同步控制器和定位基站的组网系统，其中，同步信号的传输和数据的回传分时复用同一链路，减少了系统复杂度，同时，使用有线线路传输同步信号以及回传数据提高了传输可靠性，且避免使信号发射端和接收端包含无线发射和/或接收装置，节约了成本。此外，本发明公开的定位系统可以包含数量众多的定位基站，实现了待定位区域的扩展，同时采用同步控制器分级级联，缩短了数据回传周期，从而缩短了定位周期，提高了定位实时性，增加了定位系统中待定位装置ms的容量。

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。