超寬帶定位有哪幾種常用的算法（三種方法詳解）

超寬帶定位是一種非常先進而且精準的技術(shù)，可以滿足現(xiàn)在各種遠距離無線通信的需求。在使用具有優(yōu)勢的超寬帶定位技術(shù)時，要想獲得精確的定位就要使用合理的算法，那么有哪些常見的超寬帶定位算法呢？下面小編來為大家簡單的介紹幾個常見算法。

超寬帶定位有哪幾種常用的算法

1、RSS法

超寬帶定位在使用RSS算法的時候可以通過測量節(jié)點間的能量來估計目標與接收機之間的距離，由于接收信號的強度與傳播的距離成反比，因此，距離的估算可以通過發(fā)射信號的強度和接收信號的強度利用衰減模型繁衍得到。超寬帶定位的這種算法操作簡單，而且成本也很低，但是在計算時需要考慮多徑衰弱和陰影效應(yīng)的影響。

2、AOA法

AOA算法能測量未知點和參考點之間的角度并計算目標的位置。超寬帶定位系統(tǒng)通過多個基站測量從定位目標最先到達接收機的信號的到達角度，從而估計出定位目標的位置。如果區(qū)域內(nèi)的障礙物比較少，則可以利用AOA算法獲得較高的定位精度，但是如果定位區(qū)域內(nèi)的障礙物比較多，那么就要考慮多徑效應(yīng)的影響。

3、TOA/TDOA法

當超寬帶定位使用AOA方法來計算時，由于多路徑效應(yīng)和接收機天線的限制，往往需要較多的傳感器同時工作，這樣會增加系統(tǒng)的應(yīng)用成本。而利用TOA/TDOA聯(lián)合定位算法，可以減少同時工作的傳感器數(shù)量，并且獲得待定位目標的三維坐標。

TOA即“到達時間”，這種方式定位是通過Anchor和Tag之間的多次通信實現(xiàn)的，如下圖：

1、Anchor首先發(fā)給Tag一個包，同時記錄下Anchor當前的時間信息，記為T1。

2、Tag收到基站的信息，返回一個ACK。

3、 Anchor收到Tag的ACK，記錄當前的時間信息，記為T2。

4、Anchor計算時間差Tr = T2 - T1，并且根據(jù)此計算出距離。

d = c * Tr / 2 其中c為光速。

當然，實際應(yīng)用中為了更加靠譜，往往不僅僅是利用兩次通信來測距，還會有更加復雜的多次通信來提高精度。

對于空間定位，只需要利用SX（球面相交法）便可以得出最后的坐標。

可見，為了一次定位，每個Anchor和Tag之間要進行兩次通信，故又將這種定位方式稱為“Two-way-ranging”。這種定位的優(yōu)勢在于其實現(xiàn)的便捷性和對硬件的寬容，只需要有幾個擺放在不同位置的Anchor和一個Tag便可進行定位，而缺點嘛。。。首先自然是定位速度了，其次，由于每次通信的質(zhì)量無法保證，而一對Anchor/Tag又無法做自我的校準，精度自然也會受到影響。

TODA即“到達時間差”，這種方式的一次測距是由兩個Anchor和一個Tag實現(xiàn)的。在這種模式下，多個時鐘完全同步的Anchor同時接受來自一個Tag的包，對于不同位置的Anchor，同一個Tag的同一次廣播包到達的時間是不同的，所以便有有以下算法：

1、Tag發(fā)出一個廣播包。

2、 兩個Anchor接收到同一個包，Anchor1接收到的時間為T1，Anchor2接收到的時間為T1。

3、計算時間差Td = T2 - T1。

4、 對于至少四個Anchor，可以得到三組這樣的兩兩之間的信息。

5、通過數(shù)學方法（multi-lateration）可以解算出Tag的空間坐標。

由于算法比較復雜，這里不再贅述。由此可見，TDOA的優(yōu)勢首先在于一次定位的通信次數(shù)顯著減少，其次由于是用時間差而非絕對時間進行測距，其精度也比TOA高出一些。但優(yōu)勢總是以一些代價換來的，TDOA系統(tǒng)中各個Anchor的時鐘必須嚴格同步，由于這種定位本質(zhì)上是依賴于光速的，所以1ns的固有時鐘誤差便可以造成30cm的固有距離誤差，這一點顯然是不可接受的。而要打造一個間距比較大的精確同步系統(tǒng)成本又是比較高昂的。