一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法

本发明涉及定位，尤其是涉及一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法。

背景技术：

1、时钟漂移是影响基于无线信号室内定位精度的关键因素，尤其是对包括uwb、wi-fi ftm在内的测距信号的影响尤为严重。针对时钟漂移误差的抑制大多通过拟合将其设置为固定值，但是其在面对复杂多变的室内环境时普适性较差。

2、目前，应用较多的uwb测距大多是基于双边双向测距实现的。双边双向测距是单边双向测距的一种扩展测距方法，利用两个往返的时间计算飞行时间，再乘以速度得到测距结果。该方法虽然增加了响应的时间，但会降低测距误差。由于设备异构性，不同uwb设备时间流速是不同的，因此即使对所有设备进行了初始化仍会存在由时钟漂移导致的误差。双向双边测距算法虽然能够一定程度的抑制该误差，但仍存在一定影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，可以提升室内高程定位精度，同时也可以提升二维平面的定位精度。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，包括以下步骤：

3、s1、标签发送两次信号至参考基站，参考基站接收到信号后返回两条信号至标签，获得8个时间戳，利用8个时间戳计算标签和参考基站的时间流速比；

4、s2、参考基站分别发送一条信号至基站1与基站2，基站1和基站2接收到信号后分别返回一条信号至参考基站，获得8个时间戳，利用8个时间戳计算参考基站时间系内基站1与基站2的到达时间差；

5、s3、对步骤s2的到达时间差进行简化，计算标准时间系内的到达时间差；

6、s4、计算参考基站的时间流速与标准时间流速比；

7、s5、利用步骤s1得到的标签和参考基站的时间流速比、步骤s4得到的参考基站的时间流速与标准时间流速比，计算标签和标准时间系统的比率；

8、s6、计算任一基站和标签间剔除时钟漂移误差的距离。

9、优选的，步骤s1中，利用8个时间戳计算标签和参考基站的时间流速比，计算公式如下：

10、

11、其中，kt-ar为标签和参考基站的时间流速比；为标签发送第1个信号到参考基站时的时间戳；为标签发送第2个信号到参考基站时的时间戳；为标签接收到来自参考基站的第2个信号时的时间戳；为标签接收到来自参考基站的第1个信号时的时间戳；为参考基站接收到来自标签的第4个信号时的时间戳；为参考基站接收到来自标签的第2个信号时的时间戳；为参考基站发送第4个信号至标签时的时间戳；为参考基站发送第2个信号至标签时的时间戳。

12、优选的，步骤s2中，利用8个时间戳计算参考基站时间系内基站1与基站2的到达时间差，计算公式如下：

13、

14、其中，为到达时间差；和分别代表基站1与基站2的响应时间；为参考基站接收到基站1的第1个信号时的时间戳；为参考基站发射第1个信号至基站1时的时间戳；为基站1发射第1个信号至参考基站时的时间戳；为参考基站接收到基站2的第3个信号时的时间戳；为参考基站发射第3个信号至基站2时的时间戳；为基站2发射第1个信号至参考基站时的时间戳；为基站2接收到参考基站的第1个信号时的时间戳；为基站1接收到参考基站第1个信号时的时间戳。

15、优选的，步骤s3中，对步骤s2的到达时间差进行简化，简化后的到达时间差公式如下：

16、

17、其中，为简化后的到达时间差。

18、优选的，步骤s3中，标准时间系内的到达时间差计算公式如下：

19、

20、其中，tdoaa1-a2为标准时间系内的到达时间差；pa1为基站1的坐标；pa2为基站2的坐标；c为无线电传播的速度。

21、优选的，步骤s4中，计算参考基站的时间流速与标准时间流速比，计算公式如下：

22、

23、其中，kar-real为参考基站的时间流速与标准时间流速比。

24、优选的，步骤s5中，利用步骤s1得到的标签和参考基站的时间流速比、步骤s4得到参考基站的时间流速与标准时间流速比，计算标签和标准时间系统的比率，计算公式如下：

25、

26、其中，kt-real为标签和标准时间系统的比率。

27、优选的，步骤s6中，计算任一基站和标签间剔除时钟漂移误差的距离，计算公式如下：

28、

29、其中，d为基站和标签间剔除时钟漂移误差的距离；kt-real为标签与标准时间系统的比率；为标签发送信号至接收到返回信号的时间差；为基站发送信号至接收到返回信号的时间差；为基站接收并返回信号的时间差；为标签接收并返回信号的时间差；ka-real为基站与标准时间系统的比率，计算公式如下：

30、

31、其中，为基站发送第2个信号至参考基站时的时间戳，为基站发送第1个信号至参考基站时的时间戳，为参考基站接收到基站第2个信号时的时间戳，为参考基站接收到基站第1个信号时的时间戳。

32、因此，本发明采用上述的一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，技术效果如下：

33、(1)在视距环境和非视距环境下，测距结果的精度与稳定性都得到了有效提升；

34、(2)构建的时钟漂移误差模型，可以提升室内高程定位精度，也可以用于二维平面的定位精度提高。

技术特征：

1.一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，其特征在于，步骤s1中，利用8个时间戳计算标签和参考基站的时间流速比，计算公式如下：

3.根据权利要求2所述的一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，其特征在于，步骤s2中，利用8个时间戳计算参考基站时间系内基站1与基站2的到达时间差，计算公式如下：

4.根据权利要求3所述的一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，其特征在于，步骤s3中，对步骤s2的到达时间差进行简化，简化后的到达时间差公式如下：

5.根据权利要求4所述的一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，其特征在于，步骤s3中，标准时间系内的到达时间差计算公式如下：

6.根据权利要求5所述的一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，其特征在于，步骤s4中，计算参考基站的时间流速与标准时间流速比，计算公式如下：

7.根据权利要求6所述的一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，其特征在于，步骤s5中，利用步骤s1得到的标签和参考基站的时间流速比、步骤s4得到参考基站的时间流速与标准时间流速比，计算标签和标准时间系统的比率，计算公式如下：

8.根据权利要求7所述的一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，其特征在于，步骤s6中，计算任一基站和标签间剔除时钟漂移误差的距离，计算公式如下：

技术总结
本发明提供了一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，属于定位技术领域，包括以下步骤：计算标签和参考基站的时间流速比；计算参考基站时间系内基站1与基站2的到达时间差；计算标准时间系内的到达时间差；计算参考基站的时间流速与标准时间流速比；利用标签和参考基站的时间流速比、时间流速与标准时间流速比，计算标签和标准时间系统的比率；计算任一基站和标签间剔除时钟漂移误差的距离。本发明采用上述一种基于额外参考基站的时钟漂移误差模型的构建方法，可以提升室内高程定位精度，同时也可以提升二维平面的定位精度。

技术研发人员：司明豪,张金江,白慧慧,甘兴利,孙猛,吕玉婷
受保护的技术使用者：浙江科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/28