有線同步–ASP007

第一章 說(shuō)明

本文檔描述了在實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)中，如何利用有線同步技術(shù)同步基站結(jié)點(diǎn)。

涉及到的主題：

• ?有線同步的架構(gòu)
• ?有線同步中的硬件特性
• ?有線同步中的軟件特性

第二章 有線同步的系統(tǒng)架構(gòu)

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2.1 說(shuō)明

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一個(gè)RTLS系統(tǒng)由移動(dòng)的標(biāo)簽和固定的基站組網(wǎng)構(gòu)成的。其中一個(gè)較為高效技術(shù)，就是標(biāo)簽會(huì)周期性的發(fā)送“blink”消息幀，該消息幀會(huì)被許多附近的基站接收，并且根據(jù)接收該消息幀的到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行定位標(biāo)簽。

該技術(shù)被稱作（TDOA）。典型的特點(diǎn)就是，基站會(huì)將“blink”消息幀的到達(dá)時(shí)間反饋到CLE，由CLE來(lái)計(jì)算，標(biāo)簽到達(dá)各個(gè)基站的時(shí)間差，并由此，根據(jù)數(shù)學(xué)的推導(dǎo)計(jì)算出標(biāo)簽的定位坐標(biāo)。我們將該數(shù)學(xué)方法叫做multilateration。

為了計(jì)算時(shí)間差，基站應(yīng)當(dāng)有一個(gè)相同的事件基準(zhǔn)，所以基站需要時(shí)鐘同步。

如果每個(gè)基站都使用各自時(shí)鐘源，假定使用的晶振源 只有1ppm的誤差，那每毫秒的誤差是1ns, 1ns 的光速就在30cm, 這樣的誤差顯然無(wú)法滿足精確的定位。

所以說(shuō)基站結(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步是必須的。有許多方案可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的同步。本本檔介紹的是其中一個(gè)方案“有線時(shí)鐘同步”。

2.2架構(gòu)

2.2.1 說(shuō)明

在DW1000內(nèi)部，38.4MHz 的時(shí)鐘源被13倍頻后，到達(dá)499.2MHz，然后4分頻得到124.8MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘頻率就用來(lái)計(jì)算DW1000的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。
在有線同步方案中，使用通用的38.4MHz 的時(shí)鐘源分發(fā)給各個(gè)基站，那樣各個(gè)基站的時(shí)鐘節(jié)拍都一致了。這樣當(dāng)基站的DW1000 IC 接收到一個(gè)標(biāo)簽的“blink”, 從而得到一個(gè)時(shí)間戳，這樣每個(gè)基站的時(shí)間戳的的基準(zhǔn)都是一致的。

使用通用時(shí)鐘源的同步架構(gòu)有兩種方案：
?僅使用時(shí)鐘
?使用時(shí)鐘和同步信號(hào)

2.2.2 第一種同步方案：僅使用外部同步時(shí)鐘源而未用到同步信號(hào)

該方案，是最簡(jiǎn)單的同步方案。其實(shí)該方案并未真正實(shí)現(xiàn)每個(gè)基站的同步，只不過(guò)探明了每個(gè)基站時(shí)鐘之間的偏差。為什么這么說(shuō)呢？這里由兩個(gè)因素決定的：
?基站內(nèi)部初始的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器。在每次基站重啟或重置后，會(huì)造成基站間的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器存在差異。
?從晶振源到各個(gè)基站的傳輸延遲是不一致的。

一旦這些偏差值偵測(cè)得到，那么就可以從TDOA計(jì)算中消除這些偏差值的影響。

典型的做法就是。使用一個(gè)參考的標(biāo)簽在確定的位置發(fā)送信號(hào)給基站。由此通過(guò)數(shù)學(xué)方法預(yù)測(cè)理論上的偏差值，然后和實(shí)際測(cè)到的偏差值進(jìn)行比較，這樣就是可以的得到偏差值了，將這些個(gè)偏差值存儲(chǔ)到RTLS系統(tǒng)中。

然后在隨后的TDOA定位中，就可以只用該偏差值就行修正 計(jì)算了。

該方案遇到的挑戰(zhàn)是，再次同步時(shí)，那就需要從頭來(lái)一次校準(zhǔn)，因?yàn)槊看位镜某跏紩r(shí)鐘計(jì)數(shù)器都是不同的。

2.2.3 外部同步時(shí)鐘源和同步信號(hào)配合

DW1000 有SYNC輸入管腳可以被用來(lái)重置內(nèi)部的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器。一個(gè)SYNC控制信號(hào)可以分發(fā)到各個(gè)基站，盡管存在一個(gè)固定的偏差，因?yàn)榭刂菩盘?hào)的傳輸延遲導(dǎo)致。該控制信號(hào)，可以隨同38.4MHz時(shí)鐘源一同分發(fā)。

為了減少線路，可以將SYNC的信號(hào)嵌入到CLOCK信號(hào)中。

使用SYNC管腳重置DW1000系統(tǒng)計(jì)數(shù)器需要通過(guò)具有IC特性的被叫做One Shot Timebase Reset (OSTR)的器件。

這個(gè)方案的優(yōu)勢(shì)在于，同步的偏差僅僅控制在由傳輸延遲造成的因素，而且這個(gè)傳輸延遲是固定的。

這就僅僅需要一個(gè)參考的標(biāo)簽來(lái)測(cè)定這個(gè)固定的傳輸偏差就可以了。

第三章 有線同步的硬件設(shè)計(jì)

3.1硬件架構(gòu)：

?一直中央單元，它可以產(chǎn)生同步信號(hào)和同步時(shí)鐘源。
?一個(gè)同步布線網(wǎng)絡(luò)
?中繼單元

3.1.1 時(shí)鐘源和同步信號(hào)的單元
該單元需要實(shí)現(xiàn)提供時(shí)鐘源和同步信號(hào)，并且需要滿足CAT5線纜傳輸。

由于SYNC信號(hào)是由RTLS系統(tǒng)的軟件控制，所以該單元需要留有一個(gè)接口給RTLS服務(wù)器。

3.1.2 同步網(wǎng)絡(luò)
同步網(wǎng)絡(luò)的線纜需要CAT5之類的，而且最遠(yuǎn)的距離控制在100m 之內(nèi)。

3.1.3 中繼器
如果單一的一個(gè)時(shí)鐘源和同步信號(hào)源可能不足以滿足系統(tǒng)的需要，這里就需要中繼單元了。

3.2 硬件的實(shí)施

3.2.1 通過(guò)CAT5 線纜傳輸38.4MHz時(shí)鐘源

100m 的CAT5線纜有12.5dB的衰減。衰減并不影響頻率，但會(huì)影響幅值。幅值低于DW1000 的EXTCLK 的預(yù)設(shè)值，會(huì)導(dǎo)致DW1000 不工作。

建議的實(shí)現(xiàn)為:
使用 Si5317 jitter cleaner, 可以提供 38.4MHz的時(shí)鐘.

3.2.2 通過(guò)CAT5線纜傳輸同步信號(hào)

ADCMP600 快速比較器系列. 能接受不同的輸入信號(hào), 輸出CMOS級(jí)別的輸出.

3.2.3 通過(guò)時(shí)鐘源傳輸SYNC信號(hào)。

3.3 DW1000 和有線同步

在這種模式下的控制是通過(guò)DW1000內(nèi)部的EC_CTRL寄存器來(lái)定義的。

要進(jìn)入 OSTR模式, 需要設(shè)置WAIT為合適的值. 當(dāng)EXT_CLK捕獲到 SYNC的高電平時(shí), OSTR會(huì)初始化, 從而PLL的多個(gè)計(jì)數(shù)器被重置, 然后重新被EXT_CLK計(jì)數(shù), 當(dāng)EXT_CLK的計(jì)數(shù)于WAIT的值相等時(shí), 將重啟計(jì)數(shù)器, 同時(shí)引起一個(gè) Clock Demain Transfer.

第四章 有線同步的軟件部分

4.1 說(shuō)明

對(duì)一個(gè)同步系統(tǒng)，要是其穩(wěn)定工作，軟件層面需要確定的因素：
?基站的坐標(biāo)
?參考標(biāo)簽的坐標(biāo)

4.2 確定何時(shí)以及頻度進(jìn)行SYNC

有一些場(chǎng)景，會(huì)用到重新SYNC。
?基站重啟、新基站的加入。
?安裝、校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)
?系統(tǒng)調(diào)試時(shí)

4.3 同步建議

1.system controller central location engine (CLE) 控制中心發(fā)送命令到anchor.
2.anchor準(zhǔn)備OSTR. 停止運(yùn)行TOA步驟, 配置OSTR, 返回CLE已經(jīng)準(zhǔn)備好 ready 的信號(hào).
3.CLE收到所有ready信號(hào), 則產(chǎn)生clock和SYNC
4.anchor則獲得了OSTR的中斷. 上報(bào)時(shí)間點(diǎn)到CLE.

4.4 計(jì)算出 fixed offsets

在“l(fā)earning”模式，CLE 以TOA的方式，多次測(cè)量就可以得到這個(gè)固定偏移量。將固定偏移量存到系統(tǒng)中。

4.5 操作

當(dāng)“l(fā)earning”模式結(jié)束后，進(jìn)入“操作”模式。這些固定值會(huì)傳遞到“multilateration”的定位計(jì)算過(guò)程中，然后得到正確的定位值。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的有线同步--ASP007的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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