四种"无线定位"原理及算法

1、正文部分

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无线定位技术

方针定位一向是一项不竭成长且热门的技术，为什么这么热门呢 ? 固然是大师有着这样或那样的需求都需要用到它。

比如某某公司为了监视员工，间接对园区停止每小我的活动定位，这不时被人监控的感受绝对欠好受；再比如医院对医生停止活动定位方便患者找到医生。

固然做方针定位大部分都是为了途径的计划与自动导航控制，所以方针定位的精准度、灵敏度等性能就决议着全部控制系统的性能。

今朝对于室外定位技术大部分都是采用GPS定位，不外大师应当体味过GPS信号弱致使位置迟迟没法更新，开车导航错过下高速路口的囧境等等，既然室外定位都这么不稳定，那末在室内由于衡宇的遮掩、GPS定位的信号和精度就更是没法满足要求了，所以诞生了一些出格室内定位技术，比如蓝牙、wifi、zigebee以及高精度UWB等等。

bug菌感觉所谓的定位技术不过就是对信号的收集和处置，终极算出方针位置坐标，下面就谈一下4种无线定位方式的根基道理与方式。

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4种无线定位技术

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基于信号强度(RSSI)

RSSI(Received Signal Strength Indication),基于信号的强度来停止方针定位，这类方式应当是大师最轻易想到的，比如我们离无线路由器越远wifi的信号越弱，这样我们便可以经过信号的传布模子与间隔建立关系，终极停止方针位置的定位。以发射源为中心，其信号的强度和传布显现出齐心圆的形式。

下面我们以三点定位法来简单的推导一下根基道理:

上面摆设了三个信号发射源，方针定位别离检测来自三个发射源的信号强度，经过信号的途径消耗模子用信号强度获得发射与接管之间的间隔d1、d2、d3，从而我们可以获得以下三个方程 :

经过联立上面三个方程即可获得终极的x、y坐标，至于怎样解，那就考查大师的数学功底了！

似乎这一切都是如此的简单，那接下来的研讨就没啥意义了，实在信号的强度受四周情况影响较大比如隔墙，而且由于电源等等不稳定致使发射功率变化，假如非要采用此方式需要停止大量的数据停止模子的辨识与估测，同时信号强度具偶然变性还需要停止实时抵偿等。固然其优点是该方式是按照信号强度估测间隔，所以不需要发射源之间的时钟信号同步。

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基于信军号度(AOA)

AOA(Angle of Arrival)，该定位法子是基于接收信军号来停止方针定位的法子。

在2D平面内，方针标签位置发送测距信号给别的两个信号接收处，两个信号接收处前后获得发射信号的入射角度，从而按照入射角度停止平面多少直线延长，两线交汇处即是方针标签处。

从而可获得

从而联立上面两个表达式即可求得坐标x，y的位置，概况上看起来此方式也比力完善，可是对信号入射角度的丈量精度要求是很是高的，从数学的角度，对于斜率误差，间隔越远其方针误差越大。

今朝采用此方式停止定位的城市利用天线阵列停止接收角度的丈量，天线阵列的道理大致就是经过天线上相邻已知间隔的两个点经过接收信号的时候差，终极算收支射角度，固然此玩意本钱不低。

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基于到达时候法(TOA)

TOA(Time of Arrival),实在定位不过就是丈量间隔，前面两种法子都只算是一种间接的方式停止丈量，而依照我们常规的法子应当采纳一种S = V*t的方式来停止丈量最为间接。所以TOA方式就是经过信号在空中的传布速度*飞翔的时候来丈量方针定位点与接收真个间隔来终极定位，理论上跟前面先容的RSSI方式仅仅只是获得间隔的方式分歧而已，接下来的定位推算根基根基分歧。重点是TOA有两种丈量接收端与发端时候的法子,别离为单次测距和往返测距。

单次测距的间隔丈量以下:

这么简单的公式概况上so easy，实在难点在于接收与发射端时钟需要高度的同步，否则轻易激发误差，所以为领会决同步题目就有了往返测距。

往返测距的间隔丈量以下:

从而联立获得以下表达式:

往返测距的时候差都是在各自同一时钟下停止标定计较，这样就不需要接管与发送停止时钟上的高度同步。

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基于到达时候差法(TDOA)

TDOA(Time Difference of Arrival),基于到达时候差法又叫双曲线定位法，双曲线估量一半的人不太记得了吧，下面简单说说:

双曲线界说:平面内点M到两个定点F1,F2的间隔之差的绝对值即是定值2a(0<2a<|F1F2|)的点的轨迹。

如上图所示分歧发射端向方针定位位置发送信号，方针定位接管端时候差t*信号速度=方针位置到这两个发射真个间隔差，那末三个发射端构成两组双曲线而这两组双曲线的焦点即为定位方针的位置。

上面两个表达式中x，y别离是各点坐标，d21和d31别离是方针点到发射真个间隔差，经过联立上面两式即可求得定位方针坐标。从TDOA的算法道理来看，只需要三个发射端实现时钟上的同步，这样就下降了单向测距收发端都需要同步的困难，同时也比双向往返测距加倍的高效。

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定位误差身分

1、对于复杂情况，无线信号传布途径不唯一；2、信号传布介质分歧均会影响信号强度；3、直达信号与反射等信号的叠加会影响间隔的预算；4、视距传布是无障碍物的直达，否则为非视距传布，当信号在传布进程中会碰到各类反射、折射等，从而形成信号模子难以标识，从而对间隔的抵偿和预算带来误差。

2、竣事语

好了，本文到此竣事！固然在现实的定位实战中还有很多题目需要处置，不慌，法子总比困难多！