本文出自:bug菌 最後一個bug

本文主要是跟大家簡單談談4種無線定位技術，同時今天分享的歌曲比較歡樂，有空可以聽聽。

無線定位技術

目標定位一直是一項不斷髮展且熱門的技術，為什麼這麼熱門呢 ? 當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督員工，直接對園區進行每個人的活動定位，這時時被人監控的感覺絕對不好受；再比如醫院對醫生進行活動定位方便患者找到醫生。

當然做目標定位大部分都是為了路徑的規劃與自動導航控制，所以目標定位的精準度、靈敏度等效能就決定著整個控制系統的效能。

目前對於室外定位技術大部分都是採用GPS定位，不過大家應該體會過GPS訊號弱導致位置遲遲無法更新，開車導航錯過下高速路口的囧境等等，既然室外定位都這麼不穩定，那麼在室內由於房屋的遮掩、GPS定位的訊號和精度就更是無法滿足要求了，所以誕生了一些特別室內定位技術，比如藍芽、wifi、zigebee以及高精度UWB等等。

bug菌覺得所謂的定位技術無非就是對訊號的採集和處理，最終算出目標位置座標，下面就談一下4種無線定位方法的基本原理與方法。

4種無線定位技術

基於訊號強度(RSSI)

RSSI(Received Signal Strength Indication),基於訊號的強度來進行目標定位，這種方法應該是大家最容易想到的，比如我們離無線路由器越遠wifi的訊號越弱，這樣我們就可以透過訊號的傳播模型與距離建立關係，最終進行目標位置的定位。

以發射源為中心，其訊號的強度和傳播呈現出同心圓的形式。

下面我們以三點定位法來簡單的推導一下基本原理:

上面部署了三個訊號發射源，目標定位分別檢測來自三個發射源的訊號強度，透過訊號的路徑損耗模型用訊號強度獲得發射與接受之間的距離d1、d2、d3，從而我們可以獲得如下三個方程 :

透過聯立上面三個方程即可獲得最終的x、y座標，至於怎麼解，那就考察大家的數學功底了！好像這一切都是如此的簡單，那接下來的研究就沒啥意義了，其實訊號的強度受周圍環境影響較大比如隔牆，並且由於電源等等不穩定導致發射功率變化，如果非要採用此方法需要進行大量的資料進行模型的辨識與估測，同時訊號強度具有時變性還需要進行實時補償等。

當然其優點是該方法是根據訊號強度估測距離，所以不需要發射源之間的時鐘訊號同步。

基於訊號角度(AOA)

AOA(Angle of Arrival)，該定位辦法是基於接收訊號角來進行目標定位的辦法。

在2D平面內，目標標籤位置傳送測距訊號給另外兩個訊號接收處，兩個訊號接收處先後獲得發射訊號的入射角度，從而根據入射角度進行平面幾何直線延伸，兩線交匯處即是目標標籤處。

從而可得到

從而聯立上面兩個表示式即可求得座標x，y的位置，表面上看起來此方法也比較完美，但是對訊號入射角度的測量精度要求是非常高的，從數學的角度，對於斜率誤差，距離越遠其目標偏差越大。

目前採用此方法進行定位的都會使用天線陣列進行接收角度的測量，天線陣列的原理大體就是透過天線上相鄰已知距離的兩個點透過接收訊號的時間差，最終算出入射角度，當然此玩意成本不低。

基於到達時間法(TOA)

TOA(Time of Arrival),其實定位無非就是測量距離，前面兩種辦法都只算是一種間接的方式進行測量，而按照我們常規的辦法應該採取一種S = V*t的方式來進行測量最為直接。

所以TOA方法就是透過訊號在空中的傳播速度*飛行的時間來測量目標定位點與接收端的距離來最終定位，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，接下來的定位推算基本基本一致。

重點是TOA有兩種測量接收端與發端時間的辦法,分別為單次測距和往返測距。

單次測距的距離測量如下:

這麼簡單的公式表面上so easy，其實難點在於接收與發射端時鐘需要高度的同步，否則容易引發誤差，所以為了解決同步問題就有了往返測距。

往返測距的距離測量如下:

從而聯立得到如下表達式:

往返測距的時間差都是在各自同一時鐘下進行標定計算，這樣就不需要接受與傳送進行時鐘上的高度同步。

基於到達時間差法(TDOA)

TDOA(Time Difference of Arrival),基於到達時間差法又叫雙曲線定位法，雙曲線估計一半的人不太記得了吧，下面簡單說說:

雙曲線定義:平面內點M到兩個定點F1,F2的距離之差的絕對值等於定值2a(0<2a<|F1F2|)的點的軌跡。

如上圖所示不同發射端向目標定位位置傳送訊號，目標定位接受端時間差t*訊號速度=目標位置到這兩個發射端的距離差，那麼三個發射端形成兩組雙曲線而這兩組雙曲線的焦點即為定位目標的位置。

上面兩個表示式中x，y分別是各點座標，d21和d31分別是目標點到發射端的距離差，透過聯立上面兩式即可求得定位目標座標。

從TDOA的演算法原理來看，只需要三個發射端實現時鐘上的同步，這樣就降低了單向測距收發端都需要同步的困難，同時也比雙向往返測距更加的高效。

定位誤差因素

1、對於複雜環境，無線訊號傳播路徑不唯一；

2、訊號傳播介質不同均會影響訊號強度；

3、直達訊號與反射等訊號的疊加會影響距離的估算；

4、視距傳播是無障礙物的直達，否則為非視距傳播，當訊號在傳播過程中會遇到各種反射、折射等，從而造成訊號模型難以標識，從而對距離的補償和估算帶來偏差。

結束語

好了，本文到此結束！當然在實際的定位實戰中還有很多問題需要處理，不慌，辦法總比困難多！