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UWB定位技术:TDOA定位方法的时间同步问题

发布时间:2019-06-07 07:08 来源:未知 编辑:admin

  通过之前对TDOA的了解,我们可以知道TDOA需要测量到达时间差。如果说TDOA定位的前提是需要测量到达时间差,那么测量到达时间差的前提就是时间必须同步。

  通过之前对TDOA的了解,我们可以知道TDOA需要测量到达时间差。如果说TDOA定位的前提是需要测量到达时间差,那么测量到达时间差的前提就是时间必须同步。

  TDOA是一种利用到达时间差进行定位的方法。标签卡对外发送一次UWB信号,在UWB定位标签覆盖范围内的所有基站都会收到无线信号,因标签距离基站的距离不同,基站收到信号的时间点是不一样的。

  就像小明对外大声的吼了一声“几点啦?”,分布在周围的人会在不同时间收到声音信息。如果A在13:22:20接收到信号,B在13:22:21接收到信息,那么这1秒钟就是到达时间差。那么小明到B的距离就比到A的距离远:声波的传播速度×(13:22:21-13:22:20)=340m/s×1s=340m。

  但是如果B来自东京,他习惯使用东京时间进行计时,那么在接收到信号时,B看到的时间就是14:22:21(东京时间比北京时间快1个小时)。

  如果不对A和B进行时区换算,那么,信息的到达时间差就为1个小时零1秒,按刚刚计算公式计算,小明到B就比到A远了1200多公里,吓死小编了,小明练就了一身千里传音的好本领。

  很明显,这样计算出来的时间差是没有任何意义的,因为他们使用不同的时间体系进行计时,时间起点不相同,计算出来的到达时间差也是不准确的。

  所以为了能精确测量时间,我们需要对计时工具进行时间调整,使它们都处于同一时间体系下,比如说大家都是标准的北京时间,这就是时间同步。

  每个UWB定位设备内部都有晶体震荡器,它的作用是产生时钟频率,UWB定位设备的UWB信号的收发,都是在该时钟的节拍下进行的,测量收发时间也是以该时钟为基础。这也就是说每个硬件设备都有自己的内部时钟,基站各自按照自己的时间体系运行,这就导致各个基站存在初始时间差。

  并且,还存在着一个时钟漂移现象,这就使得多个时钟即使在同一个标准时间启动,它们也不可能长期保持同步。就像是我们每个人的手表,走一段时间后就会不准了,主要原因是我们时钟的精度,也就是我们手表所走的1s,并不是标准的1s,而是接近1s,长时间不对表的话,我们的时间体系就会发生偏移。

  除此之外,影响时钟漂移的因素还有很多,如:生产工艺、温度变化、环境变化、老化程度等。 综上所述,时间不同步问题是无法避免的。

  我们知道UWB定位系统对时间测量的要求极高,时间测量不准确会严重影响定位精度,1ns的时间差就会造成30cm的位置误差。因此,时间不同步问题,必须要得以解决,目前,有两种最常用的解决方式,有线、有线同步

  有线同步就相当于所有的UWB定位基站都用同一个表,也就是同步控制器。同步控制器通过有线通信的方式,将时间信息传输到每个基站,使每个基站处于同一时间体系,实现时间同步。

  这种同步方式的优势在于时间测量精度高,各个UWB定位基站之间时间可保持高度同步,并且技术难度低,容易实现。存在的问题在于部署成本较高,因为每个基站都需要通过有线的方式连接到同步控制器,线路规划变得很复杂,部署UWB定位系统时会大量布线。但同步精度会相对来说高一些。

  无线同步就是各个UWB定位基站通过不断与其他基站交换本队时钟信息,最终达到并且保持全局时间协调一致。也就是说UWB定位基站之间每隔一段时间进行信号交互,告诉其他基站自己现在处于什么时间,然后各自调整自身时间与其他基站保持一致。

  无线同步方法依赖于UWB的测量时间精度,时间精度越高,两个基站之间的时间误差越小,那么它们的时间同步程度越高。无线同步方式的优势在于基站与基站之间不需要有线连接,因此UWB定位系统的部署难度较低,成本也低。

  综合比较两种同步方法,各有优劣。EHIGH恒高UWB定位系统采用的是无线同步方法,也是业内第一家拥有UWB无线同步技术的厂家。当前,EHIGH恒高的时间测量精度已经达到ps级,基站与基站之间时间可达到高度同步,实现10cm精确定位。

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