室內(nèi)環(huán)境中的常用無(wú)線(xiàn)定位測(cè)量方法
無(wú)線(xiàn)定位測(cè)量方法是指分析接收到的無(wú)線(xiàn)電波信號(hào)的特征參數(shù),然后根據(jù)特定算法計(jì)算被測(cè)對(duì)象的位置(二維/三維坐標(biāo): 經(jīng)度,緯度,高度)。
常用的室內(nèi)無(wú)線(xiàn)定位測(cè)量方法如下:
基于A(yíng)OA(Angle of Arriva, 到達(dá)角度定位)的定位算法
基于TOA(Time of Arriva, 到達(dá)時(shí)間定位)的定位算法
基于TDOA(Time Difference of Arriva, 到達(dá)時(shí)間差定位)的定位算法
基于RSS(Received Signal Strength, 接收信號(hào)強(qiáng)度定位)的定位算法
混合定位
不同的算法,定位的精度也不同。為了提高定位的精度,也可以采用多種技術(shù)的組合。
基于A(yíng)OA的定位算法
AOA定位是通過(guò)基站天線(xiàn)或天線(xiàn)陣列測(cè)出終端發(fā)射電波的入射角(入射角是光源與法線(xiàn)的夾角),從而構(gòu)成一根從接收機(jī)到終端的徑向連線(xiàn),即方位線(xiàn)。利用兩個(gè)或兩個(gè)以上AP接入點(diǎn)提供的AOA測(cè)量值,按AOA定位算法確定多條方位線(xiàn)的交點(diǎn),即,為待定終端的估計(jì)位置。
基于TOA的定位算法
TOA技術(shù)是指由基站向移動(dòng)站發(fā)出特定的測(cè)距命令或指令信號(hào),并要求終端對(duì)該指令進(jìn)行響應(yīng)?;緯?huì)紀(jì)錄下由發(fā)出測(cè)距指令到收到終端確認(rèn)信號(hào)所花費(fèi)的時(shí)間,該時(shí)間主要由射頻信號(hào)在環(huán)路上的傳播時(shí)延、終端的響應(yīng)時(shí)延和處理時(shí)延、基站的處理時(shí)延組成。如果能夠準(zhǔn)確地得到終端和基站的響應(yīng)和處理時(shí)延,就可以算出射頻信號(hào)的環(huán)路傳播時(shí)延。因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)電波在空氣中以光速傳播,所以基站與終端之間的距離可以估算出來(lái)。當(dāng)有三個(gè)基站參與測(cè)量時(shí),就可以根據(jù)三角定位法來(lái)確定終端所在的區(qū)域。
基于TDOA的定位算法
TDOA定位算法是一種利用時(shí)間差進(jìn)行定位的方法,通過(guò)測(cè)量信號(hào)達(dá)到基站的時(shí)間,可以確定信號(hào)源的距離,利用信號(hào)源到多個(gè)無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)站的距離(以無(wú)線(xiàn)電基站為中心,距離為半徑作園),就能確定信號(hào)的位置。通過(guò)比較信號(hào)到達(dá)多個(gè)基站的時(shí)間差,就能做出以檢測(cè)站為焦點(diǎn)、距離差為長(zhǎng)軸的雙曲線(xiàn)的交點(diǎn),該交點(diǎn)即為信號(hào)的位置。
TDOA是基于多站點(diǎn)的定位算法,因此要對(duì)信號(hào)進(jìn)行定位必須有至少3個(gè)以上的監(jiān)測(cè)站進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。而每個(gè)監(jiān)測(cè)站的組成則相對(duì)比較簡(jiǎn)單,主要包括接收機(jī)、天線(xiàn)和時(shí)間同步模塊。理論上現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)站只要具有時(shí)間同步模塊就能升級(jí)為T(mén)DOA監(jiān)測(cè)站,而不需要復(fù)雜的技術(shù)改造。
基于RSS的定位算法
在基于RSS的算法中,被跟蹤目標(biāo)測(cè)量來(lái)自多個(gè)發(fā)射器接收的信號(hào)強(qiáng)度,以便使用信號(hào)強(qiáng)度作為發(fā)射器和接收器之間距離的估算參數(shù)。這樣,接收器將能夠估算其相對(duì)于發(fā)射器節(jié)點(diǎn)的位置。在基于RSS的算法中,無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸過(guò)程中的多徑效應(yīng)和通過(guò)障礙時(shí)產(chǎn)生的陰影效應(yīng)是產(chǎn)生定位誤差的主要原因。在開(kāi)放空間里,若無(wú)障礙物的阻隔,可以得到較為精確的定位,而在很多環(huán)境下,因?yàn)榇嬖诟鞣N各樣的障礙物導(dǎo)致的多徑效應(yīng),衰減,散射等等不確定因素,將大大影響其定位精度。另外,基于RSS的算法與其他算法相比也具有一些優(yōu)勢(shì),在基于RSS的算法中,移動(dòng)標(biāo)簽僅用作接收器,因此依賴(lài)于來(lái)自多個(gè)發(fā)射器的接收信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)找到它們的位置。以這種方式,基于RSS的算法傾向于具有較少的通信流量,這有助于改善信道訪(fǎng)問(wèn)控制和定位準(zhǔn)確性。此外,較少的通信流量有助于克服對(duì)使用中的標(biāo)簽數(shù)量的限制。移動(dòng)標(biāo)簽只是接收器,數(shù)量沒(méi)有限制。
基于RSS的算法可以分為兩種主要類(lèi)型:三邊測(cè)量和指紋識(shí)別。三邊測(cè)量算法使用RSS測(cè)量來(lái)估計(jì)到三個(gè)不同參考節(jié)點(diǎn)的距離,從而估計(jì)當(dāng)前位置。另一方面,指紋識(shí)別需要收集場(chǎng)景RSS指紋的數(shù)據(jù)集,該數(shù)據(jù)集則用于將在線(xiàn)測(cè)量與數(shù)據(jù)集中最接近的指紋匹配用以估計(jì)位置。
混合定位
目前,混合定位已成為新的無(wú)線(xiàn)定位主流?;旌隙ㄎ坏暮诵乃枷胍蕾?lài)于可靠的短程測(cè)量的使用,以提高無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的位置估計(jì)的準(zhǔn)確性。用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基本獨(dú)立的無(wú)線(xiàn)定位測(cè)量方法(RSS、TOA、TDOA、AOA等)的不同組合來(lái)增強(qiáng)位置估算的準(zhǔn)確性。
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