低功耗、对信道衰落(如多径、非视距等信道)不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强(能在穿透一堵砖墙的环境进行定位),具有很高的定位准确度和定位精度。
基于UWB的室内定位方案正在逐步渗透机场、展厅、写字楼、仓库、地下停车、监狱、军事训练基地等需要使用准确的室内定位信息的应用。
TOF时间飞行原理。时间飞行原理是指各种测量飞行时间的方法,更确切的是指一个物体或粒子或声波或电波等其他波类在某种介质内穿越一段距离所用的时间。TOF测距方法是D.McCrady提出的,然而该技术只侧重于直接序列扩频的通信系统。TOF测距技术可以理解为飞行时差测距方法,传统的测距技术分为双向测距技术)和单向测距技术。TOF测距方法属于双向测距技术,它主要利用信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。
TDOA首先需解决的是时间同步问题,时间同步分为两种,一种是通过有线做时间同步,有线时间同步可以控制在0.1ns以内,同步的精度非常高,但由于采用有线,所有设备可以采用中心网络的方式,也可以采用级联的方式,增加了网络维护的复杂度,也增加了施工的复杂度,成本也高。并且,系统中还有一个专用的有线时间同步器,价格昂贵。
一种是通过无线做时间同步,采用无线同步一般可以达到0.25ns,精度稍逊于有线时间同步,但其系统相对来说更为简单,定位基站只需要供电,数据回传可以采用WiFi的方式,有效降低了成本,时间同步基站时间同步之后,标签发送一个广播报文,基站收到之后,标记接收到此报文的时间戳,将才内容发送到计算服务器,计算服务器更加其他基站的定位报文的时间戳,计算出被定为目标的位置。
AoA定位是基于相位差的计算方式角度,一般情况下是不会单独使用,AoA涉及角度分辨率的问题,若单纯AoA定位,若离基站越远,定位精度就越差。AoA可以配合ToF测距时下定位,此模式下,单基站就可以完成定位。也可以两个基站通过AoA实现定位
定位方法选择涉及到多方面因素,在系统中需要综合判断,以更好地满足系统的使用。
在基于测距模式,相对来说容量比较低;在TDOA模式下,若采用6.8Mbps的传送速率,标签的报文限制在12个字节内,每个报文的持续时间为95微秒,按18%的系统占空比计算,每个标签按1Hz的频率工作,系统容量接近1500个标签。若ToF配合AoA使用,能显著提升系统融合,比如,只和其中一个基站测距,其他基站辅助做角度判断,完成定位,系统容量能显著提升。
这里主要比较一下ToF和TDoA两种模式下的功耗,ToF模式下,标签需要逐一和基站测距,需要多次测距,一般一轮测距下来,需要5ms以上。TDoA定位,标签只需要发送一个报文即可完成定位,一般从准备到发送完成也在0.5ms内完成,其功耗显著低于ToF模式。
由于TDoA算法是一种基于到达时间差的方法,因此一般都采用双曲线算法,其局限性决定了TDoA算法具有较高的定位精度,且其应用范围较广,尤其是在基站周围区域的定位精度较低。但与电厂等环境复杂场景相似,系统面临建设的巨大困难,TDoA定位难以满足其应用要求。在此模式下,可采用ToF定位,也可采用TDoA与AoA相结合的定位方法。
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