目錄

• 引言
• 無(wú)線電定位技術(shù)
• • TOA技術(shù)
  • TDOA技術(shù)
  • RTT技術(shù)
  • RSS技術(shù)
  • AOA技術(shù)
  • 混合估計(jì)技術(shù)

引言

無(wú)線定位技術(shù)是依據(jù)測(cè)量出的無(wú)線電磁波的特征參數(shù)，利用相應(yīng)位置解算方法來(lái)確定目標(biāo)位置的技術(shù)。依據(jù)地面基站是否發(fā)射電磁波信號(hào)，可以把定位技術(shù)分為有源定位和無(wú)源定位。有源定位系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)輻射信號(hào)來(lái)檢測(cè)目標(biāo)，此種方式雖然性能較好但易于受到地方信號(hào)的干擾。無(wú)源定位是指地面基站不向外部發(fā)射電磁波信號(hào)的情況下對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，這種方式擁有更好的隱蔽性和較強(qiáng)的干擾能力。
在無(wú)源定位系統(tǒng)中，基于時(shí)間到達(dá)（Time ofArrival，TOF）、到達(dá)時(shí)間差（Time Difference of Arrival,TDOA）、往返時(shí)間（Round Trip Time,RTT）、到達(dá)角度（Angle of Arrival，AOA）、接收信號(hào)強(qiáng)度（Received Signal Strength，RSS）的定位技術(shù)，AOA/TDOA聯(lián)合定位技術(shù)和時(shí)差與頻差（Frequency Difference of Arrival,FDOA）混合定位技術(shù)等都是典型的定位技術(shù)。
多徑傳播問(wèn)題、非視距（None-Line-of-Sight，NLOS）問(wèn)題,參與定位的基站數(shù)以及基站的幾何分布都是影響無(wú)限定定位精度的重要因素。

無(wú)線電定位技術(shù)

在無(wú)線定位網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)縫定位實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于精確獲取目標(biāo)與基站之間的相對(duì)距離信息。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也是基于此原理實(shí)現(xiàn)定位功能。通常，利用無(wú)線電進(jìn)行定位需要兩個(gè)步驟：

定位參數(shù)的估計(jì)；

利用特定位置解算算法定位三維空間的目標(biāo)位置。

TOA技術(shù)

TOA測(cè)距技術(shù)的主要思想是測(cè)量電磁波信號(hào)從目標(biāo)到達(dá)地面基站之間的單向傳播時(shí)間，通過(guò)測(cè)量的時(shí)間信息來(lái)估計(jì)目標(biāo)與地面基站之間的距離。
TOA技術(shù)要求目標(biāo)發(fā)射機(jī)與地面接收機(jī)之間的時(shí)鐘必須是同步的。

觀察上圖可知，在已知三個(gè)基站的三維空間位置的情況下，通過(guò)獲取目標(biāo)與三個(gè)基站之間的相對(duì)距離并通過(guò)一定的算法解算，即可得知目標(biāo)的空間位置。但以上解算過(guò)程均建立在理想情況，沒(méi)有測(cè)量誤差的情況下，干擾存在的情況下，三個(gè)圓可能不交叉或者不止一個(gè)交叉點(diǎn)，導(dǎo)致無(wú)法確定目標(biāo)位置，因此需要進(jìn)行有效的誤差抑制。本文著重于基本原理，有關(guān)誤差抑制的內(nèi)容不再展開論述。

TDOA技術(shù)

目標(biāo)發(fā)射的信號(hào)到達(dá)不同基站接收機(jī)的路徑存在差異，因此到達(dá)不同接收機(jī)所花費(fèi)的時(shí)間也將會(huì)不同，因此產(chǎn)生了時(shí)間差。TDOA降低了目標(biāo)源與各個(gè)基站之間的時(shí)鐘同步要求，但提高了各個(gè)基站之間的時(shí)鐘同步要求。
$$\begin{array}{rl}{r}_{TDOA,i1}& =c{t}_{TDOA,i1}\\ & =d_{TDOA,i1}+n_{TDOA,i1}\\ & =\sqrt{{\left(x?x_i\right)}^2+{\left(y?y_i\right)}^2+{\left(z?z_i\right)}^2}?\sqrt{{\left(x?x_i\right)}^2+{\left(y?y_i\right)}^2+{\left(z?z_i\right)}^2}+n_{TDOA,i1}\\ & i=1,2,...,N\end{array}$$
其中$r_{TDOA,i1}$表示估計(jì)的距離差，$t_{TDOA,i1}$表示估計(jì)的到達(dá)時(shí)間差，$d_{TDOA,i1}$代表目標(biāo)到底i個(gè)地面基站的距離與目標(biāo)到達(dá)參考基站的距離之間的真實(shí)差，$n_{TDOA,i1}$表示測(cè)量過(guò)程中的噪聲干擾，一般假定其遵循均值為零的高斯分布。

RTT技術(shù)

RTT測(cè)距技術(shù)的主要思想是測(cè)量電磁波信號(hào)從目標(biāo)到達(dá)基站的雙向傳播時(shí)間，通過(guò)測(cè)量出的信號(hào)從目標(biāo)發(fā)射至基站再反射回目標(biāo)的往返時(shí)間來(lái)估計(jì)目標(biāo)與基站之間的雙倍距離。對(duì)于RTT估計(jì)技術(shù)，它避免了接收與發(fā)射設(shè)備之間的同步問(wèn)題。


基于RTT的測(cè)距方法的缺點(diǎn)是需要通過(guò)大量的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的測(cè)距分辨率， 這將導(dǎo)致距離估計(jì)的延時(shí)以及更高的帶寬占用， 也就是目標(biāo)測(cè)量過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生測(cè)距誤差以及使用公共通信信道的節(jié)點(diǎn)數(shù)增多。

RSS技術(shù)

RSS測(cè)距技術(shù)因?yàn)榉绞胶?jiǎn)單，無(wú)需考慮同步要求，非常受歡迎，但它的測(cè)距精度沒(méi)有基于時(shí)間估計(jì)方法搞。RSS方法是依據(jù)測(cè)量節(jié)點(diǎn)間能量的情況來(lái)估計(jì)目標(biāo)與基站之間的距離的，即在已知信道衰落模型和傳輸信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的前提下，利用幾個(gè)已知位置的基站來(lái)測(cè)量目標(biāo)輻射信號(hào)的強(qiáng)度，然后利用損耗模型及收發(fā)信號(hào)的強(qiáng)度值來(lái)估計(jì)目標(biāo)與基站之間的距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)定位。
無(wú)線電信號(hào)在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與基站之間的傳播過(guò)程中，信號(hào)強(qiáng)度受三個(gè)因素影響：大規(guī)模路徑損耗，多徑衰落和陰影衰落。

大規(guī)模路徑損耗是由于無(wú)線電波在空間中的擴(kuò)散，并且是收發(fā)器之間距離的確定性函數(shù)。

多徑衰落是由于接收器處的發(fā)射信號(hào)的多個(gè)時(shí)間延遲副本定位疊加引起的。

陰影衰落是障礙物遮擋所導(dǎo)致的信號(hào)衰減。

AOA技術(shù)

AOA技術(shù)利用來(lái)自多個(gè)空間分布的陣列天線處的接收的信號(hào)方位測(cè)量值來(lái)估計(jì)源位置。主要測(cè)量在地面陣列天線處接收的從目標(biāo)發(fā)射的電磁波信號(hào)的方位角和仰角。


一般情況下，假定噪聲服從高斯分布。

混合估計(jì)技術(shù)

混合定位技術(shù)是兩種或者幾種無(wú)線電定位的聯(lián)合定位技術(shù)，相比于單一的定位技術(shù)會(huì)有更高的定位精度。常見的有TDOA/FDOA聯(lián)合定位技術(shù)，RSS/TOA聯(lián)合定位技術(shù)，TOA/AOA聯(lián)合定位技術(shù)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的常见无线定位技术的基本原理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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