本文主要是跟大家簡(jiǎn)單談?wù)?種無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)，同時(shí)今天分享的歌曲比較歡樂(lè)，有空可以聽(tīng)聽(tīng)。

1 無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)

目標(biāo)定位一直是一項(xiàng)不斷發(fā)展且熱門(mén)的技術(shù)，為什么這么熱門(mén)呢 ? 當(dāng)然是大家有著這樣或那樣的需求都需要用到它。

比如某某公司為了監(jiān)督員工，直接對(duì)園區(qū)進(jìn)行每個(gè)人的活動(dòng)定位，這時(shí)時(shí)被人監(jiān)控的感覺(jué)絕對(duì)不好受;再比如醫(yī)院對(duì)醫(yī)生進(jìn)行活動(dòng)定位方便患者找到醫(yī)生。

當(dāng)然做目標(biāo)定位大部分都是為了路徑的規(guī)劃與自動(dòng)導(dǎo)航控制，所以目標(biāo)定位的精準(zhǔn)度、靈敏度等性能就決定著整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。

目前對(duì)于室外定位技術(shù)大部分都是采用GPS定位，不過(guò)大家應(yīng)該體會(huì)過(guò)GPS信號(hào)弱導(dǎo)致位置遲遲無(wú)法更新，開(kāi)車(chē)導(dǎo)航錯(cuò)過(guò)下高速路口的囧境等等，既然室外定位都這么不穩(wěn)定，那么在室內(nèi)由于房屋的遮掩、GPS定位的信號(hào)和精度就更是無(wú)法滿(mǎn)足要求了，所以誕生了一些特別室內(nèi)定位技術(shù)，比如藍(lán)牙、wifi、zigebee以及高精度UWB等等。

bug菌覺(jué)得所謂的定位技術(shù)無(wú)非就是對(duì)信號(hào)的采集和處理，最終算出目標(biāo)位置坐標(biāo)，下面就談一下4種無(wú)線(xiàn)定位方法的基本原理與方法。

2 4種無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)

1基于信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)

RSSI(Received Signal Strength Indication),基于信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行目標(biāo)定位，這種方法應(yīng)該是大家最容易想到的，比如我們離無(wú)線(xiàn)路由器越遠(yuǎn)wifi的信號(hào)越弱，這樣我們就可以通過(guò)信號(hào)的傳播模型與距離建立關(guān)系，最終進(jìn)行目標(biāo)位置的定位。 以發(fā)射源為中心，其信號(hào)的強(qiáng)度和傳播呈現(xiàn)出同心圓的形式。 下面我們以三點(diǎn)定位法來(lái)簡(jiǎn)單的推導(dǎo)一下基本原理:

上面部署了三個(gè)信號(hào)發(fā)射源，目標(biāo)定位分別檢測(cè)來(lái)自三個(gè)發(fā)射源的信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)信號(hào)的路徑損耗模型用信號(hào)強(qiáng)度獲得發(fā)射與接受之間的距離d1、d2、d3，從而我們可以獲得如下三個(gè)方程 :

通過(guò)聯(lián)立上面三個(gè)方程即可獲得最終的x、y坐標(biāo)，至于怎么解，那就考察大家的數(shù)學(xué)功底了! 好像這一切都是如此的簡(jiǎn)單，那接下來(lái)的研究就沒(méi)啥意義了，其實(shí)信號(hào)的強(qiáng)度受周?chē)h(huán)境影響較大比如隔墻，并且由于電源等等不穩(wěn)定導(dǎo)致發(fā)射功率變化，如果非要采用此方法需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的辨識(shí)與估測(cè)，同時(shí)信號(hào)強(qiáng)度具有時(shí)變性還需要進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)取?當(dāng)然其優(yōu)點(diǎn)是該方法是根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度估測(cè)距離，所以不需要發(fā)射源之間的時(shí)鐘信號(hào)同步。

2基于信號(hào)角度(AOA)

AOA(Angle of Arrival)，該定位辦法是基于接收信號(hào)角來(lái)進(jìn)行目標(biāo)定位的辦法。

在2D平面內(nèi)，目標(biāo)標(biāo)簽位置發(fā)送測(cè)距信號(hào)給另外兩個(gè)信號(hào)接收處，兩個(gè)信號(hào)接收處先后獲得發(fā)射信號(hào)的入射角度，從而根據(jù)入射角度進(jìn)行平面幾何直線(xiàn)延伸，兩線(xiàn)交匯處即是目標(biāo)標(biāo)簽處。

從而可得到

從而聯(lián)立上面兩個(gè)表達(dá)式即可求得坐標(biāo)x，y的位置，表面上看起來(lái)此方法也比較完美，但是對(duì)信號(hào)入射角度的測(cè)量精度要求是非常高的，從數(shù)學(xué)的角度，對(duì)于斜率誤差，距離越遠(yuǎn)其目標(biāo)偏差越大。

目前采用此方法進(jìn)行定位的都會(huì)使用天線(xiàn)陣列進(jìn)行接收角度的測(cè)量，天線(xiàn)陣列的原理大體就是通過(guò)天線(xiàn)上相鄰已知距離的兩個(gè)點(diǎn)通過(guò)接收信號(hào)的時(shí)間差，最終算出入射角度，當(dāng)然此玩意成本不低。

3基于到達(dá)時(shí)間法(TOA)

TOA(Time of Arrival),其實(shí)定位無(wú)非就是測(cè)量距離，前面兩種辦法都只算是一種間接的方式進(jìn)行測(cè)量，而按照我們常規(guī)的辦法應(yīng)該采取一種S = V*t的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)量最為直接。 所以TOA方法就是通過(guò)信號(hào)在空中的傳播速度*飛行的時(shí)間來(lái)測(cè)量目標(biāo)定位點(diǎn)與接收端的距離來(lái)最終定位，理論上跟前面介紹的RSSI方法僅僅只是獲得距離的方式不同罷了，接下來(lái)的定位推算基本基本一致。 重點(diǎn)是TOA有兩種測(cè)量接收端與發(fā)端時(shí)間的辦法,分別為單次測(cè)距和往返測(cè)距。

單次測(cè)距的距離測(cè)量如下:

這么簡(jiǎn)單的公式表面上so easy，其實(shí)難點(diǎn)在于接收與發(fā)射端時(shí)鐘需要高度的同步，否則容易引發(fā)誤差，所以為了解決同步問(wèn)題就有了往返測(cè)距。

往返測(cè)距的距離測(cè)量如下:

???????從而聯(lián)立得到如下表達(dá)式:

往返測(cè)距的時(shí)間差都是在各自同一時(shí)鐘下進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算，這樣就不需要接受與發(fā)送進(jìn)行時(shí)鐘上的高度同步。

4基于到達(dá)時(shí)間差法(TDOA)

TDOA(Time Difference of Arrival),基于到達(dá)時(shí)間差法又叫雙曲線(xiàn)定位法，雙曲線(xiàn)估計(jì)一半的人不太記得了吧，下面簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō):

雙曲線(xiàn)定義:平面內(nèi)點(diǎn)M到兩個(gè)定點(diǎn)F1,F2的距離之差的絕對(duì)值等于定值2a(0<2a<|F1F2|)的點(diǎn)的軌跡。

如上圖所示不同發(fā)射端向目標(biāo)定位位置發(fā)送信號(hào)，目標(biāo)定位接受端時(shí)間差t*信號(hào)速度=目標(biāo)位置到這兩個(gè)發(fā)射端的距離差，那么三個(gè)發(fā)射端形成兩組雙曲線(xiàn)而這兩組雙曲線(xiàn)的焦點(diǎn)即為定位目標(biāo)的位置。

上面兩個(gè)表達(dá)式中x，y分別是各點(diǎn)坐標(biāo)，d21和d31分別是目標(biāo)點(diǎn)到發(fā)射端的距離差，通過(guò)聯(lián)立上面兩式即可求得定位目標(biāo)坐標(biāo)。 從TDOA的算法原理來(lái)看，只需要三個(gè)發(fā)射端實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘上的同步，這樣就降低了單向測(cè)距收發(fā)端都需要同步的困難，同時(shí)也比雙向往返測(cè)距更加的高效。

2定位誤差因素

1、對(duì)于復(fù)雜環(huán)境，無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳播路徑不唯一;

2、信號(hào)傳播介質(zhì)不同均會(huì)影響信號(hào)強(qiáng)度;

3、直達(dá)信號(hào)與反射等信號(hào)的疊加會(huì)影響距離的估算;

4、視距傳播是無(wú)障礙物的直達(dá)，否則為非視距傳播，當(dāng)信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)遇到各種反射、折射等，從而造成信號(hào)模型難以標(biāo)識(shí)，從而對(duì)距離的補(bǔ)償和估算帶來(lái)偏差。

審核編輯：湯梓紅