一种基于TDMA网络的测距方法和系统与流程

本发明涉及无线导航领域，具体涉及一种基于tdma网络的测距方法和系统。

背景技术：

目前飞机上使用的测距方式有激光测距方法和雷达测距方法。

其中，激光测距方法是通过测量激光光束在待测距离上往返传播的时间来换算出距离的，其换算公式为：

d＝ct/2

测距仪发出光脉冲，经被测目标发射后，光脉冲回到测距仪接收系统，测量其发射和接收脉冲的时间间隔，即光脉冲在待测距离上的往返传播时间t，c为光速d为距离值。然而激光的作用距离近，易受云雾等环境的影响。

雷达测距方法是雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线，天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。测量从发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：

s＝ct/2

其中，s为目标距离，t为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，c为光速。然而雷达测距的精度较差，方位覆盖性差。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于tdma网络的测距方法，解决现有测距方法作用距离近、精度差等问题。

本发明提供了一种基于tdma网络的测距方法，包括：

步骤1，多个待测距设备加入时间基准设备建立的tdma网络；

步骤2，对tdma中所有的待测距设备的时钟进行同步处理；

步骤3,多个待测距设备进行组网通讯(发送/接收消息)，从多个待测距设备中任选一个设备作为当前接收设备，再从其余待测距设备中任选一设备作为当前发送设备，在t1时刻向当前测距设备发送消息，当前测距设备在t2时刻接收到消息，则通过式一得到当前发送设备与当前接收设备之间的距离r：

r＝c×toa式一

其中toa为消息的传播时间，toa＝t2-t1；c为光速；

步骤4，重复步骤3，实时得到待测距设备中任意两个设备之间的距离。

进一步地，如权利要求1所述的测距方法，其特征在于，所述步骤2中对tdma中所有待测距设备的时钟进行同步处理，包括：

所述待测距设备中包括基准成员设备和非基准成员设备，非基准成员设备在分配给其的询问时间点t1向基准成员设备发送询问消息；

基准成员设备在时间点t2收到询问消息后，在分配给其的应答时间点t3向非基准成员设备发送应答消息；

非基准成员设备在时间点t4接收到应答消息；

根据时间点t1、时间点t2、时间点t3和时间点t4，计算误差△t；

根据第一时间误差△t，对非基准成员设备进行校时，以实现非基准成员设备和基准成员设备之间的时钟同步。

进一步地，根据式二计算误差△t：

其中，td为发送询问消息和发送应答消息的间隔时间。

进一步地，所述步骤1中对所述多个待测距设备加入时间基准设备建立的tdma网络，包括：

使时间基准设备发送入网消息，所述入网消息包括消息段和帧同步码，所述帧同步码设置在入网消息中的预设位置；

若任一待测距设备接收到入网消息，则该设备完成入网。

本发明还提供了一种基于tdma网络的测距系统，包括：

入网模块，用于对所述多个待测距设备加入时间基准设备建立的tdma网络；

时钟同步模块，用于对tdma中所有的待测距设备的时钟进行同步处理；

测距模块，用于从多个待测距设备中任选一个设备作为当前接收设备，再从其余待测距设备中任选一设备作为当前发送设备，在t1时刻向当前测距设备发送消息，当前测距设备在t2时刻接收到消息，则通过式一得到当前发送设备与当前接收设备之间的距离r：

r＝c×toa式一

其中，toa为消息的传播时间，toa＝t2-t1；c为光速。

进一步地，所述时钟同步模块中对tdma中所有的待测距设备的时钟进行同步处理，包括：

所述待测距设备中包括基准成员设备和非基准成员设备，非基准成员设备在分配给其的询问时间点t1向基准成员设备发送询问消息；

基准成员设备在时间点t2收到询问消息后，在分配给其的应答时间点t3向非基准成员设备发送应答消息；

非基准成员设备在时间点t4接收到应答消息；

根据时间点t1、时间点t2、时间点t3和时间点t4，计算误差△t；

根据第一时间误差△t，对非基准成员设备进行校时，以实现非基准成员设备和基准成员设备之间的时钟同步。

进一步地，根据式二计算误差△t：

其中，td为发送询问消息和发送应答消息的间隔时间。

进一步地，所述入网模块中对所述多个待测距设备进行组网通讯，包括：

至少使任一待测距设备发送数据消息，所述数据消息包括消息段和帧同步码，所述帧同步码设置在数据消息中的预设位置；

若任一待测距设备接收到数据消息，则该设备完成与被测距设备之间的数据通讯。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：

本发明的方法将需要完成距离测量的设备组成一个tdma网络，利用网内站点时间同步的特性，只要收到其他站点发送的信息即可测得距离，其数据实时性高，只要一个时帧6.08ms即可测得网络其他个节点的距离数据，测距精度高、数据实时性好，受天气等环境因素影响小，可以为测距设备间提供一定的数据信道功能。

附图说明

图1为一种基于tdma网络的测距方法的流程图；

图2为一种实施例的时钟同步原理图；

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

tdma：timedivisionmultipleaccess又称为时分多址，是一种为实现共享传输介质(一般是无线电领域)或者网络的通信技术。它允许多个用户在不同的时间片(时隙)来使用相同的频率。tdma协议将时间轴化成一定的时元，每个时元划分为时隙，在每个时元内给每个网络站点分配一定数量的时隙及发射信号，而不在发射信号的时隙则接收其他站点所发射的信号。每个网络站点均具备有准确的时钟，为了实现时分多址工作，要以一指定站点的时钟为基准，其他站点的时钟则预知同步，形成统一的系统时钟。

实施例一：

请参考图1，本实施例提供了一种基于tdma网络的测距方法，包括：

步骤1，多个待测距设备加入时间基准设备建立的tdma网络；

根据tdma的时间片划分特点将时间划分为时元、时帧和时隙三类，以时元为周期循环。一个时元分为多个时帧，一个时帧分为多个时隙。

本实施例中的tdma网络设计最大网络容量为x个站点，每个成员站点、占用一个时隙，在加上两个专用时隙用于入网和时钟同步，共x+2个时隙。每个时元的第0号时帧号的0号时隙用于时间基准站点发射入网消息，其余时帧的0号时隙用于时间基准站点发射应答消息。入网消息和应答消息的区别仅仅是同步头的伪随机码不同。每个时帧的固定时隙用于校时站点发射询问消息，每帧一个询问时隙，共需要x-1个询问时隙，这样一个时元需要x-1个询问时隙就可以完成整个网络成员的校时，依次分配给除时间基准站点外的x-1个站点。

为了建立tdma网络中收、发系统的帧同步，需要在每一帧的(或几帧)中的固定位置插入具有特定码型的帧同步码，保证接收端能正确的识别出帧同步码，从而能正确接收发送端传送的信息。每个时元的第0号时帧的0号时隙供时间基准站点发射入网消息。入网消息的同步头采用特定的伪随机码(帧同步码)，消息段仍为应答消息内容。正常情况下，站点设备在完成初始化后，进入入网消息的捕获状态。一旦收到入网消息，就实现了粗同步，完成了入网工作。粗同步完成后的时钟误差为电波由时间基准站点传播到入网站点的传播时间。入网时间最长一个时元。

步骤2，对tdma中所有的待测距设备的时钟进行同步处理；

具体为，包括：

所述待测距设备中包括时间基准成员设备和非时间基准成员设备，非时间基准成员设备在分配给其的询问时间点t1向时间基准成员设备发送询问消息；

时间基准成员设备在时间点t2收到询问消息后，在分配给其的应答时间点t3向非时间基准成员设备发送应答消息；

非时间基准成员设备在时间点t4接收到应答消息；

根据时间点t1、时间点t2、时间点t3和时间点t4，计算误差△t；

从图2中可以看出非时间基准成员设备与时间基准成员设备之间存在第一时间误差△t，其通过非时间基准成员设备发送询问消息，时间基准成员设备接收到后，发送应答消息的方式获取。

根据式二计算误差△t：

其中，td为发送询问消息和发送应答消息的间隔时间。

根据时间误差△t，对非时间基准成员设备进行校时，以实现非时间基准成员设备和时间基准成员设备之间的时钟同步。

通过上述校时得到的时间误差△t，非时间基准成员设备实现与时间基准成员设备时钟同步。非时间基准成员设备进行一次校时，就可以完成一次时钟精确同步，在每个校时周期(时元)内，可以保证每个非时间基准成员设备至少进行一次有源校时，来完成设备时钟的精确同步。

步骤3，多个待测距设备进行组网通讯(发送/接收消息)，从多个待测距设备中任选一个或多个设备作为当前接收设备，再从其余待测距设备中任选一设备作为当前发送设备，在t1时刻向当前测距设备发送消息，当前测距设备在t2时刻接收到消息，则通过式一得到当前发送设备与当前接收设备之间的距离r：

r＝c×toa式一

其中，toa为消息的传播时间，toa＝t2-t1；c为光速；

步骤4，重复步骤3，可实时得到待测距设备中任意两个设备之间的距离。

由于多个待测距设备之间采用tdma时分多址工作体制，因此当收到当前发送设备发送的消息时，即可准确获得消息到达时间toa。

实施例二：

请参考图2，本实施例提供了一种基于tdma网络的测距系统，包括：

入网模块，用于将多个待测距设备加入时间基准设备建立的tdma网络；

时钟同步模块，用于对tdma中所有的待测距设备的时钟进行同步处理；

时间基准设备向网内其他非时间基准设备进行时间授时，保证网内所用设备处于统一时间点；

测距模块，用于从多个待测距设备中任选一个设备作为当前接收设备，再从其余待测距设备中任选一设备作为当前发送设备，在t1时刻向当前测距设备发送消息，当前测距设备在t2时刻接收到消息，则通过式一得到当前发送设备与当前接收设备之间的距离r：

r＝c×toa式一

其中，toa为消息的传播时间，toa＝t2-t1；c为光速。

所述时钟同步模块中对tdma中所有的待测距设备的时钟进行同步处理，包括：

所述待测距设备中包括时间基准成员设备和非时间基准成员设备，非时间基准成员设备在分配给其的询问时间点t1向时间基准成员设备发送询问消息；

时间基准成员设备在时间点t2收到询问消息后，在分配给其的应答时间点t3向非时间基准成员设备发送应答消息；

非时间基准成员设备在时间点t4接收到应答消息；

根据时间点t1、时间点t2、时间点t3和时间点t4，计算误差△t；

根据第一时间误差△t，对非时间基准成员设备进行校时，以实现非时间基准成员设备和时间基准成员设备之间的时钟同步。

根据式二计算误差△t：

其中，td为发送询问消息和发送应答消息的间隔时间。

所述入网模块中对所述多个待测距设备加入时间基准设备建立的tdma网络，包括：

使时间基准设备发送入网消息，所述入网消息包括消息段和帧同步码，所述帧同步码设置在入网消息中的预设位置；

若任一待测距设备接收到入网消息，则该设备完成入网。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。