超宽带同步定位方法、装置、电子设备及系统与流程

1.本发明涉及超宽带定位技术领域，特别涉及一种超宽带同步定位方法、一种超宽带同步定位装置、一种超宽带同步定位系统、一种电子设备以及一种机器可读存储介质。


背景技术：

2.定位系统针对精度的准确性要求较高，特别是在变电领域，涉及到人员以及设备的安全性问题，因此对时延的要求性更为严格。系统准确定位的前提建立在所有定位设备处在完全同步的基础之上。因此，通常方法是通过敷设有线传输介质，例如光缆等将所有定位基站与主站进行连接，以实现定位基站的时间同步。但是在变电站等高安全性要求的场景中，涉及到设备供电走线等施工困难，敷设通信光缆的难度较大，耗费较高的人力、财力、设备费用等成本。
3.若采用无线通信方式进行设备同步，则需要通过周期性的大量的信息交互，在所有定位基站之间形成时间同步，此类方法的网络通信开销巨大，且大幅度增加无线通信基站的能量消耗。遇到大量标签及基站的部署场景，数据量巨大，所有前端数据需要汇聚至服务器端进行分析、归类、结算，对服务器端造成较大压力。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种超宽带同步定位方法、装置、电子设备及系统，以至少部分地解决上述技术问题。
5.为达到上述目的，本发明提供了一种超宽带同步定位方法，包括：该方法基于控制端和至少四个超宽带定位基站，该方法包括：确定每个超宽带定位基站与所述控制端之间的传输路径；确定每条传输路径上的传输时延；根据所述控制端接收到定位标签信息的接收时间和所述定位标签信息所经过的传输路径所对应的传输时延，确定所述传输路径对端的超宽带定位基站发送所述定位标签信息的发送时间；根据所述定位标签信息和定位标签信息的发送时间解算得到所述定位标签的位置。
6.优选的，确定每个超宽带定位基站与所述控制端之间的传输路径，包括：以所述超宽带定位基站与所述控制端之间中继节点最少的路径作为所述超宽带定位基站的传输路径。
7.优选的，以所述超宽带定位基站与所述控制端之间中继节点最少的路径作为所述超宽带定位基站的传输路径，包括：广播包括跳数和发送端id的第一类数据帧，所述第一类数据帧中的跳数和发送端id将在每次转发后被更新；将接收到的第一类数据帧中跳数最小的发送端id所对应的发送端作为该超宽带定位基站的父节点；若所述超宽带定位基站的父节点为控制端，生成所述超宽带定位基站与控制端之间的传输路径；若所述超宽带定位基站的父节点不为控制端，生成以一个或多个超宽带定位基站为中继的超宽带定位基站与控制端之间的传输路径。
8.优选的，所述将接收到的第一类数据帧中跳数最小的发送端id所对应的发送端作
为该超宽带定位基站的父节点，还包括：在跳数最小的发送端id不止一个时，从所述跳数最小的多个发送端id所对应的多个发送端中选择链路质量最优的发送端作为该超宽带定位基站的父节点。
9.优选的，所述超宽带同步定位方法还包括：对每个超宽带定位基站的父节点的运行状态进行实时监测；重新确定父节点运行状态异常的超宽带定位基站的父节点。
10.优选的，确定每条传输路径上的传输时延，包括：确定每个超宽带定位基站与其父节点之间的传输时延；累加所述传输路径上的超宽带定位基站与其父节点之间的传输时延，得到所述传输路径上的传输时延。
11.优选的，所述确定每个超宽带定位基站与其父节点之间的传输时延，包括：对所述超宽带定位基站与其父节点进行初始同步；根据第二类数据帧的接收时间和发送时间确定所述传输时延，所述发送时间包含于所述第二类数据帧中。
12.优选的，所述第二类数据帧还包含发送端id，所述对所述超宽带定位基站与其父节点进行初始同步，包括：接收发送端所发送的所述第二类数据帧；根据与所述第二类数据帧中发送端id所对应的发送端之间的坐标距离确定理论传输时延；根据第二类数据帧中的发送时间和所述理论传输时延修正本地时间，实现与所述发送端的所述初始同步；其中，所述发送端为所述超宽带定位基站或所述超宽带定位基站的父节点。
13.优选的，根据所述控制端接收到定位标签信息的接收时间和所述定位标签信息所经过的传输路径所对应的传输时延，确定所述传输路径对端的超宽带定位基站发送所述定位标签信息的发送时间，包括：以所述定位标签信息的接收时间，减去所述传输路径所对应的传输时延，得到所述定位标签信息自从所述传输路径对端的超宽带定位基站发出的发送时间。
14.在本发明的第二方面，还提供了一种超宽带同步定位装置，所述装置包括：路径确定模块，用于确定每个超宽带定位基站与所述控制端之间的传输路径；时延确定模块，用于确定每条传输路径上的传输时延；时间确定模块，用于根据所述控制端接收到定位标签信息的接收时间和所述定位标签信息所经过的传输路径所对应的传输时延，确定所述传输路径对端的超宽带定位基站发送所述定位标签信息的发送时间；以及位置解算模块，用于根据所述定位标签信息和定位标签信息的发送时间解算得到所述定位标签的位置。
15.在本发明的第三方面，还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器；所述存储器存储有可被所述处理器读取的计算机程序；其中，所述处理器执行所述计算机程序时，实现前述的超宽带同步定位方法的步骤。
16.在本发明的第四方面，还提供了一种控制端，所述控制端与至少四个超宽带定位基站通信耦合，所述控制端被配置为执行前述的超宽带同步定位方法。
17.在本发明的第五方面，还提供了一种超宽带同步定位系统，包括前述的控制端和至少四个前述的超宽带定位基站，所述控制端与所述超宽带定位基站之间通过无线通信组网互交通信模块通信连接。
18.在本发明的第六面，还提供了一种机器可读存储介质，存储有计算机程序；所述程序被处理器执行时实现前述的超宽带同步定位方法的步骤。
19.相对于现有技术，本发明实施方式提供的超宽带同步定位方法、装置、电子设备及系统，具有以下有益效果：
20.本发明提供的实施方式，无需在装置中添加任何单独的时钟同步单元硬件，不需要进行标签端的时间同步，仅需要知道标签信息到达定位基站的时间信息即可根据四个节点坐标信息组成的方程组解算出待定位目标标签的坐标信息，以此避免超宽带的同步系统建设所带来的高额成本。同时将并将目标定位标签的位置坐标解算工作设置于控制端完成，降低了服务器端的计算压力。
21.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
22.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1是本发明实施方式提供的超宽带同步定位方法的流程示意图；
24.图2是本发明实施方式提供的基于路径探测帧的传输路径的确定流程示意图；
25.图3是本发明实施方式提供的父节点状态监控的流程示意图；
26.图4是本发明实施方式提供的传输时延的计算流程示意图；
27.图5是本发明实施方式提供的时延同步和定位标签解算的计算流程示意图；
28.图6是本发明实施方式提供的tdoa定位算法示意图；
29.图7是本发明实施方式提供的控制端的结构示意图；
30.图8是本发明实施方式提供的超宽带同步定位基站的结构示意图；
31.图9是本发明实施方式提供的超宽带同步定位系统的结构示意图。
具体实施方式
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
33.下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
34.图1是本发明实施方式提供的超宽带同步定位方法的流程示意图，如图1所示。一种超宽带同步定位方法，应用于超宽带同步定位系统，该系统包括控制端与至少四个存在通信耦合超宽带定位基站，该方法包括：
35.s01、确定每个超宽带定位基站与所述控制端之间的传输路径；
36.由于多个超宽带定位基站布放于不同的位置，其与控制端的通信关系也分为直接可达和间接可达。其中间接可达包括利用其他超宽带定位基站进行中继。在直接可达的情况下，超宽带定位基站与控制端直接通信，并不需要中继。在间接可达的情况下，超宽带定位基站需要确定一条与控制端进行传输的通信路径，此处可称为传输路径。传输路径用于所述超宽带定位基站与所述控制端之间的信息传输。每个超宽带定位基站均确定有一条与控制端的传输路径。
37.s02、确定每条传输路径上的传输时延；
38.信号经过传输路径上的传输均会有时延，该时延可能包括信道传输所需时间和节点设备处理所需时间。通过确定传输路径上的传输时延，能够在已确定发送时间的情况下，计算得到接收时间。或者反之，能够在已确定接收时间的情况下，计算得到发送时间。
39.s03、根据所述控制端接收到定位标签信息的接收时间和所述定位标签信息所经
过的传输路径所对应的传输时延，确定所述传输路径对端的超宽带定位基站发送所述定位标签信息的发送时间；
40.控制端作为接收端接收到定位标签信息，以本地时间为基准得到接收时间，并通过传输路径能够确定：该定位标签信息由哪个超宽带定位基站所发送，以及对应的发送时间。此处的发送时间并不依赖于定位标签信息的前端发送源基站，而是由控制端自己计算得到，以此避免对超宽带定位基站的事先同步。
41.s04、根据所述定位标签信息和定位标签信息的发送时间解算得到定位标签的位置。控制端根据多个超宽带定位基站获取的定位标签信息解算出定位标签的位置，其解算方式可以直接采用现有技术中定位算法，例如tdoa定位算法等。
42.通过以上实施方式，避免了现有技术中多个超宽带定位基站所组成的系统在定位时的同步要求，无需在所有超宽带定位基站端及定位标签端事先进行完全同步部署及交互操作。以此不仅降低了终端硬件成本，还在一定程度上降低了针对所有设备进行完全同步的通信开销。
43.在一些可能的实施方式中，以中继节点最少的路径作为所述超宽带定位基站与所述控制端之间的传输路径。在定位标签信息的传输过程中，每增加一次中继将引入额外的时延，本实施方式以中继节点最少的路径，有利于降低定位标签信息的传输时间，提升传输效率。
44.在一些可能的实施方式中，所述将控制端与每个超宽带定位基站之间的中继最少传输路径确定为传输路径，包括：广播包括跳数和发送端的第一类数据帧；所述第一类数据帧中的跳数和发送端将在每次转发后被更新；将接收到的第一类数据帧中跳数最小的发送端作为该超宽带定位基站的父节点；若超宽带定位基站的父节点为控制端，生成所述超宽带定位基站与控制端之间的传输路径；若超宽带定位基站的父节点不为控制端，生成以一个或多个超宽带定位基站为中继的超宽带定位基站与控制端之间传输路径。此处的父节点实际上为该超宽带定位基站信息传输的下一跳节点。此处的第一类数据帧(根据其功能，也可以称为路径探测帧或packet
det
)其内容中至少包括跳数和发送端，以标识该数据帧的中继次数以及由系统中的哪个设备发送。路径探测帧(packet
det
)的帧格式可以如下所示：
[0045][0046]
帧格式中包含探测帧的发送端id(即transmitter id，控制端(后文也称为无线同步控制装置)的id为0)，前一节点跳数信息(pre-hop count)，局部同步启动等待时间信息(local start waiting time)。
[0047]
图2是本发明实施方式提供的基于路径探测帧的传输路径的确定流程示意图，如图2所示。当某超宽带定位基站接收到路径探测帧，解析数据帧，将帧内跳数(pre-hop count)字段信息加1，在本地记录为自身当前跳数(hop count)；记录发送端id(transmitter id)为自身父节点id(parent id)；局部同步启动等待时间信息(local start waiting time)为τ(τ等于两跳传输时长)，记录每个超宽带定位基站的局部同步启动等待时间信息(local start waiting time)为τ(τ等于两跳传输时长)。并将自身id与自身跳数分别记入发送端id(transmitter id)字段及跳数(hop count)字段，继续广播路径
探测帧。
[0048]
例如，当某超宽带定位基站接收到来自无线同步控制装置的路径探测帧时，在本地记录本地跳数为1，并将自身id、本地跳数、本地时间窗分别更新记入发送端id(transmitter id)字段及跳数(pre-hop count)字段，继续广播路径探测帧。此举是最终实现让网络中各个超宽带定位基站获取自身所处跳数信息、父节点信息、时间窗信息。
[0049]
在一些可能的实施方式中，所述将接收到的第一类数据帧中跳数最小的发送端作为该超宽带定位基站的父节点，还包括：在跳数最小的发送端id不止一个时，从所述跳数最小的发送端中选择链路质量最优的发送端作为该超宽带定位基站的父节点。例如，当某一超宽带定位基站接收到周围节点广播的路径探测帧，核验帧中的跳数(hop count)字段，假如新接收到的路径探测帧中跳数(pre-hop count)加1(即最新本地跳数)大于之前记录的自身当前跳数(hop count)，丢弃当前路径探测帧。假如新接收到的路径探测帧中跳数加1小于之前记录的自身当前跳数(hop count)，更新当前路径探测中的发送端id(transmitter id)为自身父节点(parent id)。假如新接收到的路径探测帧中跳数加1等于之前记录的自身当前跳数(hop count)，则采用传输路径损耗作为相邻两个基站间的链路质量评价指标link
level
。比较链路质量评价指标link
level
，选择链路质量评价指标更佳的发送节点更新为自身父节点(parent id)。此处的链路质量评价指标以变电站环境为例，计算方式如下：传输路径损耗为l＝lp(f，d)+l
subs+
l
met
，其中，lp为自有空间传播损耗，l
subs
为变电环境电磁干扰损耗，l
met
为多金属环境遮挡损耗。以此得到链路质量评价指标，从而选择链路质量最优的发送端为父节点。
[0050]
通过以上实施方式所确定的父节点可能会出现各种异常情况，以至于变为不可用状态，因此需要对父节点的运行状态进行实时监测，以便在父节点状态异常时根据前述的实施方式重新确定父节点。因此所述超宽带同步定位方法还包括：对每个超宽带定位基站的父节点的运行状态进行实时监测；重新确定父节点运行状态异常的超宽带定位基站的父节点。图3是本发明实施方式提供的父节点状态监控的流程示意图，如图3所示。超宽带定位基站节点周期性单播发送父节点状态探测帧，周期为t
parent_detedc
，设计父节点状态反馈接收时间窗t
detect_window
，用于接收父节点返回状态确认帧ack
parent_confirm
探测父节点状态信息。假如在接收时间窗t
detect_window
退避结束，未接收到父节点返回状态确认帧ack
parent_confirm
，在邻居节点信息列表中将标记当前父节点的身份信息由父节点身份(parent)更改为普通身份(common)，将父节点对应的邻居节点状态信息(neighbor identity)由正常状态(normal)更改为异常(abnormal)。
[0051]
当前超宽带定位基站挑选基站间链路质量评价指标link
level
(a-》n)最小，节点状态信息为正常状态(normal)的普通身份邻居基站节点更新为最新父节点身份。经由最新父节点传输路径，携带最新链路时延信息，以单播形式发送链路时延信息帧pkt
delay_info
至控制端。控制端同步更新针对当前定位基站节点的传输路径的传输时延。因超宽带定位系统针对精度要求较高，此实施方式可以有效降低因传输路径障碍物遮挡、中间基站节点软硬件故障造成的传输中断及增大定位信息传输延时的问题。
[0052]
在一些可能的实施方式中，确定每条传输路径上的传输时延，包括：确定每个超宽带定位基站与其父节点之间的传输时延；累加所述传输路径上的超宽带定位基站与其父节点之间的传输时延，得到所述传输路径上的传输时延。本实施中获取传输路径上的传输时
延是通过分段方式获取的，整个传输路径包括多个中继段，则需要将每个中继段的传输时延累加得到该传输路径上的总的传输时延。其中，每个中继段的传输时延可以通过以下实施方式进行获取：图4是本发明实施方式提供的传输时延的计算流程示意图，如图4所示。对所述超宽带定位基站与其父节点进行初始同步，包括
[0053]
(1)接收发送端所发送的所述第二类数据帧。第二类数据帧根据其功能，也可以称为局部同步广播数据帧或pkt
local_sync
。其格式如下：
[0054]
preambleframe controltransmitter idsend timefcs
[0055]
其中，该帧中包含同步广播数据帧发送端id(transmitter id)及发送时间(send time)。该第二类数据帧与前述的第一类数据帧的发送时机上具有以下关系：当某一超宽带定位基站接收到周围节点广播的路径探测帧时，需要等待局部同步启动等待时间信息(local start waiting time)时长t
wait
。t
wait
等于2倍的单跳传输时长τ与单通信架构信息处理时长δt
proc_smdelay
之和，表示为t
wait
＝2*(τ+δt
proc_smdelay
)，经过等待该段时长，当前超宽带定位基站启动局部同步广播动作，向周围超宽带定位基站节点广播携带本地时间信息的局部同步广播数据帧。此举是为了防止局部同步广播数据帧(pkt
local_sync
)与其他节点正在广播的路径探测帧发生数据冲突。设定局部同步广播数据帧广播时间窗为t
window
。t
window
退避结束后，停止向周围广播。
[0056]
(2)根据与所述第二类数据帧中发送端之间的坐标距离确定理论传输时延。每一个超宽带定位基站在存储模块中都存多张列表，其中一张为记录网络所有节点固定坐标的超宽带定位基站位置坐标列表。当前超宽带定位基站接收到周围超宽带定位基站广播的局部同步广播数据帧之后，通过两点间距离公式可计算出相邻两个超宽带定位基站之间的传输时延。
[0057][0058]
d＝c*δt
[0059]
即
[0060][0061][0062]
其中，(x
recv
，y
recv
，z
recv
)为接收局部同步广播数据帧pkt
local_sync
的节点坐标，(x
send
，y
send
，z
send
)为发送局部同步广播数据帧pkt
local_sync
的节点坐标，δt
neighbor_init
为初始传输时延，d为坐标距离，c为电磁波传播速度。
[0063]
(3)根据第二类数据帧中的发送时间和所述理论传输时延修正本地时间，实现与所述发送端的所述初始同步。当前超宽带定位基站接收到来自周围邻居超宽带定位基站的第一个局部同步广播数据帧，根据帧中的发送时间信息，可以计算当前到达时间arrive_time＝send_time+δt
neighbor_init
，按照当前到达时间，当前超宽带定位基站重新调整时钟进行记时，实现两相邻超宽带定位基站间的初始同步。
[0064]
进一步的，当前超宽带定位基站持续接收到来自同一邻居超宽带定位基站的局部
同步广播数据帧k个，依据更新后的时钟，计算k对到达时间与发送时间之间的链路时延分别为：
[0065]
δt
neighbor_init
(i)＝arrive_time(i)-send_time(i)，
[0066]
其中，i∈[1,k]。k足够多，则链路时延符合正态分布。求解k对链路时延的均值作为每相邻两个超宽带定位基站之间的链路时延修正估计，得到每相邻两个超宽带定位基站间的链路时延δt
neighbor
，即
[0067][0068]
传输时延计算结束后，可以删除网络所有基站节点的固定位置坐标列表。
[0069]
在一些可选的实施方式中，根据所述控制端所接收的定位标签信息的接收时间和定位标签信息所经过的传输路径所对应的传输时延，确定所述定位标签信息从所述传输路径对端的超宽带定位基站发出的发送时间，包括：以所述定位标签信息的接收时间，减去所述传输路径所对应的传输时延，得到所述定位标签信息自从所述传输路径对端的超宽带定位基站发出的发送时间。因时间误差对定位系统精度影响较大，本实施方式中数据传输时延为δt
proc_dmdelay
。控制端针对每个基站节点的传输路径上的时延信息，计算为route delay+δt
proc_delay
。其中，route delay为路径累加时延信息，δt
proc_delay
为双通信架构模块间数据处理时延。假设控制端id以字母o表示，控制端到每个定位基站的传输路径的传输时延列表如下所示：
[0070][0071]
在一些可能的实施方式中，步骤s04中根据所述定位标签信息和所述发送时间解算得到定位标签的位置，可以采用以下方式解算。
[0072]
图5是本发明实施方式提供的时延同步和定位标签解算的计算流程示意图，如图5所示。根据tdoa定位算法，至少需要四个定位基站才能定位标签的位置。该tdoa定位算法不仅适用于超宽带定位基站，也适用于其他类型的定位基站，因此此处的定位基站包括超宽带定位基站。图6是本发明实施方式提供的tdoa定位算法示意图，如图6所示。待定位目标标签(x，y，z)到定位基站a(xa，ya，za)、b(xb，yb，zb)、c(xc，yc，zc)、d(xd，yd，zd)的距离分别用rb、rc、rd表示，上述距离关系可用定位基站和待定位目标的坐标写成如下表达式
[0073][0074][0075]
[0076][0077]
则利用通过时间差求取的距离差可建立如下关于待定位目标标签坐标x，y，z方程组：
[0078][0079]
其中，
[0080]
t
ba
＝(t
b-t0)-(t
a-t0)
[0081]
t
ca
＝(t
c-to)-(t
a-t0)
[0082]
t
da
＝(t
d-t0)-(t
a-t0)
[0083]
b、c、d为目标定位标签信息可达的普通定位基站，a为基准定位基站。在控制端(或无线同步控制装置)中，根据目标定位标签信息送达相关定位基站的情况，根据前述各定位基站的传输时延进行评估，传输时延信息最小的相关基站确定为基准基站a，其余定位基站在针对当前目标定位标签的计算中设定为普通基站。
[0084]
ta、tb、tc、td为标签信息到达定位基站a、b、c、d的时间信息，t0为在标签端的信息发送时间。因为在tdoa算法中，通过以上方程组可将标签端信息发送时间消去，因此不需要进行标签端的时间同步。仅需要知道标签信息到达定位基站的时间信息即可根据以上方程组解算出带定位目标标签的坐标信息。
[0085]
ta、tb、tc、td根据目标定位标签的信息从基站ni(即a、b、c、d)转发并到达无线同步控制装置n
sync
的时间减去存储的最优路径时延信息(route delay(n
i-＞n
sync
)+δt
proc_dmdelay
)，即可得到目标定位标签的信息到达各个节点的时间，据此根据以上方程组即可解算出待定位目标标签的坐标信息。
[0086]
在一些实施方式中，还提供了一种超宽带同步定位方法，应用于控制端，所述控制端与至少四个超宽带定位基站通信耦合，所述超宽带同步定位方法包括：获取定位标签信息；确定所述定位标签信息的接收时间和所述定位标签信息在所经过的传输路径上的传输时延；根据所述接收时间和所述传输时延计算得到所述定位标签信息从所述传输路径对端的超宽带定位基站的发送时间；根据所述定位标签信息和定位标签信息的发送时间解算得到定位标签的位置。本实施方式中的控制端主要实现以下功能：
[0087]
(1)从超宽带定位基站接收定位标签信息；
[0088]
(2)确定接收的定位标签信息在超宽带定位基站端的获取时间；
[0089]
(3)对定位标签信息进行解算以得到定位标签的位置。
[0090]
在一些可选的实施方式中，所述传输路径包括：与每个超宽带定位基站之间的中继最少的传输路径。
[0091]
在一些可选的实施方式中，所述定位标签信息在传输路径上的传输时延通过以下步骤确定：累加所述传输路径上的每个超宽带定位基站与其父节点之间的传输时延，得到所述传输路径上的传输时延；所述父节点为根据所述传输路径所确定的超宽带定位基站的相邻传输目标节点。
[0092]
在一些可选的实施方式中，所述每个超宽带定位基站与其父节点之间的传输时延
由所述超宽带定位基站测量获得，并通过所述超宽带定位基站与控制端之间的传输路径上报至所述控制端。
[0093]
以上实施方式和可选实施方式的具体实施过程参考前文所述，此处不再重复。
[0094]
在一些实施方式中，还提供了一种超宽带同步定位方法，应用于超宽带定位基站，该方法包括：根据获取的数据帧确定一个超宽带定位基站或控制端作为所述超宽带定位基站的父节点；测量与所述父节点之间的传输时延，并将所述传输时延发送至所述父节点；若获取到定位标签信息，则向所述父节点转发所述定位标签信息；若接收到上报的传输时延，将所述上报的传输时延加上本身与父节点的传输时延，生成累加传输时延发送至所述父节点；所述传输时延用于确定所述定位标签信息的发送时间；所述定位标签信息和所述发送时间用于解算得到定位标签的位置。本实施方式中的超宽带定位基站主要实现以下功能：
[0095]
(1)确定父节点。即确定了该超宽带定位基站在系统中的拓扑位置。确定出的父节点作为定位标签信息的转发目标节点和传输时延的上报目标节点。其父节点确定方式利用前述的路径探测帧(packet
det
)，具体实现过程参照前文，此处不再重复。
[0096]
(2)转发定位标签信息。将定位标签信息最终发送至控制端，由控制端实现解算功能，以得到定位标签的位置。
[0097]
(3)测量本中继段上的传输时延并上报。传输时延的测量的实现过程参照前文，此处不再重复。该超宽带定位基站在t
window
退避结束后，当前超宽带定位基站向父节点单播(unicast)发送链路时延信息帧pkt
delay_info
。叠加本地与上层父节点基站间的链路时延继续以单播方式向上层节点传输，直至传输至控制端，控制端能够获取到所有超宽带定位基站在整条传输路径上的时延信息。链路时延信息帧pkt
delay_info
帧格式如下所示：包含起始节点id信息以及从起始节点基站开始所经过路径的路径累加时延信息(route delay)。
[0098]
preambleframe controltransmitter idroute delayfcs
[0099]
其中，transmitter id为发送端id，route delay为上报的传输时延。
[0100]
每个超宽带定位基站还可以通过在存储模块中设置列表用于存储以上信息。该列表用于记录本地信息包括父节点信息、时间窗信息t
window
、跳数(hop count)、父节点状态反馈接收时间窗t
detect_window
；记录网络自身所有邻居节点信息包括邻居基站id、邻居基站间链路质量评价指标link
level
、邻居基站间链路时延(link delay)信息δt
neighbor
、邻居节点身份信息(neighbor identity)、邻居节点状态信息(neighbor identity)。该列表的结构举例如下：
[0101][0102]
在一些可选的实施方式中，根据获取的第一类数据帧确定一个超宽带定位基站或控制端作为所述超宽带定位基站的父节点，包括:接收包括跳数和发送端的第一类数据帧；所述第一类数据帧中的跳数和发送端将在每次转发后被更新；根据接收到的第一类数据帧中跳数最小的发送端作为该超宽带定位基站的父节点。此处根据路径探测帧(packet
det
)以确定父节点的过程如前文所述，此处不再重复。
[0103]
在一些可选的实施方式中，所述根据接收到的第一类数据帧中跳数最小的发送端作为该超宽带定位基站的父节点，还包括：确定跳数最小的发送端不止一个，从所述跳数最小的发送端中选择链路质量最优的发送端作为该超宽带定位基站的父节点。当存在两个或以上跳数最小的发送端时，通过选择链路质量最优的发送端为父节点，其具体过程如前文所述，此处不再重复。
[0104]
在一些可选的实施方式中，对父节点的运行状态进行实时监测；若所述父节点的运行状态为异常；重新确定所述超宽带定位基站的父节点。
[0105]
在一些可选的实施方式中，所述测量与所述父节点之间的传输时延，包括：与所述父节点进行初始同步；根据第二类数据帧的接收时间和发送时间确定所述传输时延；所述发送时间包含于所述第二类数据帧中。
[0106]
在一些可选的实施方式中，所述第二类数据帧包含发送时间和发送端；与所述父节点进行初始同步，包括：接收发送端所发送的所述第二类数据帧；根据与所述第二类数据帧中发送端之间的坐标距离确定理论传输时延；根据第二类数据帧中的发送时间和所述理论传输时延修正本地时间，实现与所述发送端的所述初始同步；其中，所述发送端为所述超宽带定位基站或所述超宽带定位基站的父节点。
[0107]
在一些可选的实施方式中，所述传输时延用于确定所述定位标签信息的发送时间，包括：将所述定位标签信息的接收时间，减去传输路径所对应的传输时延，得到所述定位标签信息在所述传输路径对端的超宽带定位基站上的发送时间。
[0108]
以上的可选实施方式中的实施步骤均可参照前文中对应部分所述，此处不再重复。
[0109]
在一些实施方式中，还提供了一种超宽带同步定位装置，所述装置包括：路径确定模块，用于确定每个超宽带定位基站与所述控制端之间的传输路径；时延确定模块，用于确
定每条传输路径上的传输时延；时间确定模块，用于根据所述控制端接收到定位标签信息的接收时间和所述定位标签信息所经过的传输路径所对应的传输时延，确定所述传输路径对端的超宽带定位基站发送所述定位标签信息的发送时间；以及位置解算模块，用于根据所述定位标签信息和定位标签信息的发送时间解算得到所述定位标签的位置。
[0110]
上述的超宽带同步定位装置中的各个功能模块的具体限定可以参见上文中对于超宽带同步定位方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0111]
在一些可选的实施方式中，还提供了一种控制端，所述控制端与至少四个超宽带定位基站通信耦合，所述控制端被配置为执行前述的超宽带同步定位方法。此处的控制端可以通过无线方式与超宽带同步定位通信耦合，因此也可称为无线同步控制装置。图7是本发明实施方式提供的控制端的结构示意图，如图7所示。其包括：电源管理、主控单元、存储单元、公网通信模块和组网信息交互通信模块。其中主控单元中包括计算单元，公网通信模块和组网信息交互通信模块分别与公网通信传输天线和组网信息交互通信天线相连。电源管理通过太阳能取电方式为装置进行持续供电，该控制端配备双通信模块，包括公网通信模块及组网信息交互通信模块。公网通信模块，用于与后台主站进行数据通信；组网信息交互通信模块，用于与后台主站进行数据通信。
[0112]
在一些可选的实施方式中，还提供了一种超宽带定位基站，所述超宽带定位基站被配置为执行权利前述的超宽带同步定位方法。图8是本发明实施方式提供的超宽带同步定位基站的结构示意图，如图8所示。该超宽带同步定位基站包括：电源管理、主控单元、存储单元、超宽带通信模块和组网信息交互通信模块。其中主控单元中包括计算单元，超宽带通信模块和组网信息交互通信模块分别与超宽带信号接收天线和组网信息交互通信天线相连。电源管理通过太阳能取电方式为装置进行持续供电，该超宽带同步定位基站配备双通信模块，包括超宽带通信模块及组网信息交互通信模块。超宽带通信模块，用于接收定位标签发来的超宽带数据帧；组网信息交互通信模块，用于定位基站间信息交互，及定位基站与无线同步控制装置通信。
[0113]
在本发明的一些实施方式中，还提供了一种超宽带同步定位系统，包括前述的控制端和至少四个前述的超宽带定位基站，所述控制端与所述超宽带定位基站之间通过无线通信组网互交通信模块通信连接。图9是本发明实施方式提供的超宽带同步定位系统的结构示意图，如图9所示。其中控制端为无线同步控制装置，图中的a-f均为超宽带定位基站。图中还示意出了路径探测帧在超宽带同步定位系统的传输过程中的变化，以及超宽带定位基站c和f中所存储的本地信息。
[0114]
在本发明的一些实施方式中，还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器；所述存储器存储有可被所述处理器读取的计算机程序；其中，所述处理器执行所述计算机程序时，实现前述的超宽带同步定位方法之一的步骤。此处电子设备可以是服务器、专用设备、电脑等可以执行计算机程序的设备。
[0115]
在本发明的一些实施方式中，还提供了一种机器可读存储介质，存储有计算机程序；所述程序被处理器执行时实现至少一种前述的超宽带同步定位方法的步骤。
[0116]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0117]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0118]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0119]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0120]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0121]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
[0122]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0123]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0124]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、
改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种超宽带同步定位方法，其特征在于，该方法基于控制端和至少四个超宽带定位基站，该方法包括：确定每个超宽带定位基站与所述控制端之间的传输路径；确定每条传输路径上的传输时延；根据所述控制端接收到定位标签信息的接收时间和所述定位标签信息所经过的传输路径所对应的传输时延，确定所述传输路径对端的超宽带定位基站发送所述定位标签信息的发送时间；根据所述定位标签信息和定位标签信息的发送时间解算得到所述定位标签的位置。2.根据权利要求1所述的超宽带同步定位方法，其特征在于，确定每个超宽带定位基站与所述控制端之间的传输路径，包括：以所述超宽带定位基站与所述控制端之间中继节点最少的路径作为所述超宽带定位基站的传输路径。3.根据权利要求2所述的超宽带同步定位方法，其特征在于，以所述超宽带定位基站与所述控制端之间中继节点最少的路径作为所述超宽带定位基站的传输路径，包括：广播包括跳数和发送端id的第一类数据帧，所述第一类数据帧中的跳数和发送端id将在每次转发后被更新；将接收到的第一类数据帧中跳数最小的发送端id所对应的发送端作为该超宽带定位基站的父节点；若所述超宽带定位基站的父节点为控制端，生成所述超宽带定位基站与控制端之间的传输路径；若所述超宽带定位基站的父节点不为控制端，生成以一个或多个超宽带定位基站为中继的超宽带定位基站与控制端之间的传输路径。4.根据权利要求3所述的超宽带同步定位方法，其特征在于，所述将接收到的第一类数据帧中跳数最小的发送端id所对应的发送端作为该超宽带定位基站的父节点，还包括：在跳数最小的发送端id不止一个时，从所述跳数最小的多个发送端id所对应的多个发送端中选择链路质量最优的发送端作为该超宽带定位基站的父节点。5.根据权利要求3所述的超宽带同步定位方法，其特征在于，所述超宽带同步定位方法还包括：对每个超宽带定位基站的父节点的运行状态进行实时监测；重新确定父节点运行状态异常的超宽带定位基站的父节点。6.根据权利要求1所述的超宽带同步定位方法，其特征在于，确定每条传输路径上的传输时延，包括：确定每个超宽带定位基站与其父节点之间的传输时延；累加所述传输路径上的超宽带定位基站与其父节点之间的传输时延，得到所述传输路径上的传输时延。7.根据权利要求6所述的超宽带同步定位方法，其特征在于，所述确定每个超宽带定位基站与其父节点之间的传输时延，包括：对所述超宽带定位基站与其父节点进行初始同步；根据第二类数据帧的接收时间和发送时间确定所述传输时延，所述发送时间包含于所
述第二类数据帧中。8.根据权利要求7所述的超宽带同步定位方法，其特征在于，所述第二类数据帧还包含发送端id，所述对所述超宽带定位基站与其父节点进行初始同步，包括：接收发送端所发送的所述第二类数据帧；根据与所述第二类数据帧中发送端id所对应的发送端坐标之间的坐标距离确定理论传输时延；根据第二类数据帧中的发送时间和所述理论传输时延修正本地时间，实现与所述发送端的所述初始同步；其中，所述发送端为所述超宽带定位基站或所述超宽带定位基站的父节点。9.根据权利要求1所述的超宽带同步定位方法，其特征在于，根据所述控制端接收到定位标签信息的接收时间和所述定位标签信息所经过的传输路径所对应的传输时延，确定所述传输路径对端的超宽带定位基站发送所述定位标签信息的发送时间，包括：以所述定位标签信息的接收时间，减去所述传输路径所对应的传输时延，得到所述定位标签信息自从所述传输路径对端的超宽带定位基站发出的发送时间。10.一种超宽带同步定位装置，其特征在于，所述装置包括：路径确定模块，用于确定每个超宽带定位基站与所述控制端之间的传输路径；时延确定模块，用于确定每条传输路径上的传输时延；时间确定模块，用于根据所述控制端接收到定位标签信息的接收时间和所述定位标签信息所经过的传输路径所对应的传输时延，确定所述传输路径对端的超宽带定位基站发送所述定位标签信息的发送时间；以及位置解算模块，用于根据所述定位标签信息和定位标签信息的发送时间解算得到所述定位标签的位置。11.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；所述存储器存储有可被所述处理器读取的计算机程序；其中，所述处理器执行所述计算机程序时，实现权利要求1至9任一项权利要求所述的超宽带同步定位方法的步骤。12.一种控制端，所述控制端与至少四个超宽带定位基站通信耦合，其特征在于，所述控制端被配置为执行权利要求1至9中任一项权利要求所述的超宽带同步定位方法。13.一种超宽带同步定位系统，其特征在于，包括权利要求12所述的控制端，以及至少四个超宽带定位基站。14.一种机器可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序；所述程序被处理器执行时实现权利要求1至9任一项权利要求所述的超宽带同步定位方法的步骤。

技术总结
本发明涉及超宽带定位技术领域，其实施方式提供了一种超宽带同步定位方法、装置、电子设备及系统。其中超宽带同步定位方法包括：确定每个超宽带定位基站与所述控制端之间的传输路径；确定每条传输路径上的传输时延；根据所述控制端接收到定位标签信息的接收时间和所述定位标签信息所经过的传输路径所对应的传输时延，确定所述传输路径对端的超宽带定位基站发送所述定位标签信息的发送时间；根据所述定位标签信息和定位标签信息的发送时间解算得到所述定位标签的位置。本发明提供的实施方式避免了超宽带同步定位系统中额外的同步花销，降低了系统成本和后台的计算负载。降低了系统成本和后台的计算负载。降低了系统成本和后台的计算负载。


技术研发人员：李良 奥琛 侯战斌 李延 臧志成 孙海全 吴念 张程昱 王蒙
受保护的技术使用者：国家电网有限公司 北京智芯半导体科技有限公司
技术研发日：2022.02.08
技术公布日：2022/5/25