無線定位技術
利用通信和參數測量確定移動終端位置,而定位信息又可以用來支持位置業務和優化網絡管理,提高位置服務質量和網絡性能。定位技術大致可以分為三種類型:
- 基于三角關系和運算的定位技術
- 基于場景分析的定位技術
- 基于臨近關系的定位技術
基于三角關系和運算的定位技術是目前最為主流的方式,其中的利用距離與角度的方式實現最為簡單且效果較好,因此目前主流的算法基本都采用這兩種思路。
隨著無線通信技術的發展,定位技術也逐漸衍生出了基于無線通信的實現方式,將其主要歸納為下面三種機制:
- 基于網絡的定位技術,這一類技術依靠于監測網絡的部署,利用多基站聯合工作的方式,實現定位,而TDOA算法也是基于這個思路實現的;
- 基于移動臺的定位方法;
- 衛星定位系統,這其中最具代表性的就是基于GPS系統實現的GPRS全球定位系統,當然,目前隨著“北斗”的全面部署,北斗全球定位系統也成為一大主力。
無線定位算法
?根據上文敘述,基于距離與角度的思路有很多算法,在這里,列舉四個主流的算法:
1.RSS(信號強度分析法)
根據模型參數,通過接受到的信號來計算待測點距離;因此其需要嚴苛的模型設計,且覆蓋范圍有限,一般不會單獨使用。
2.AOA(到達角度分析法)
通過獲取被測點到兩個接收機的信號到達角度進行定位,計算接收節點和錨節點之間的相對方位或角度,然后再利用三角測量法或其他方式計算出未知節點的位置。需要配置復雜的天線系統,且角度誤差對定位精度的影響遠比測距誤差大。
3.TOA(到達時間定位法)
?2個以上的參考節點接收機(基站),通過測量到達不同接收機所用的時間,得到發射點與接收點之間的距離,然后以接收機為圓心,所測得的距離為半徑做圓,圓的交點即為被測點所在的位置。

這要求參考節點與被測點需要嚴格的時間同步。微小的時間檢測誤差也會導致很大的距離估計誤差。另外時鐘同步也是引起定位誤差的原因,如果接收端與發送端無法做到精確的時鐘同步,也會導致很大的定位誤差,這就要求TOA定位算法需要精確的時間檢測裝置,硬件設備要求較高。
?4.TDOA(到達時間差定位法)
TDOA(到達時間差定位法)
?以監測站為焦點,距離差為長軸作雙曲線,雙曲線的交點就是信號的位置。

而這其中,獲取時間差就是十分關鍵,目前主要有兩種時間差的獲取方式:
- 利用移動臺到達2個基站的時間TOA,取其差值來獲得,這時仍需要基站時間的嚴格同步,但是當兩基站間移動信道傳輸特性相似時,可減少由多徑效應帶來的誤差;
- 將一個基站接收到的信號與另一個基站同時接收到的信號進行相關運算,從而得到TDOA的值,這種算法可以在基站和移動臺不同步時,估計出TDOA的值。對于蜂窩網中的移動臺定位而言,TDOA更具有實際意義,這種方法對網絡的要求相對較低,且定位精度較高。
在確定TDOA測量的準確性時,首先要考慮的是時序準確性。記錄的時間誤差將直接轉化為距離測量的誤差。這些誤差可以分為兩個部分:第一,每個接收器記錄的時間的不確定性,這將取決于每個接收器使用的時鐘;第二,接收器之間的同步精度。這在下一期TDOA的介紹中會著重描述。
?但不管如何,上述兩種方式都需求基站之間需要時間同步。由于不需要檢測信號傳輸時間,系統對時間同步的要求大大降低。基站之間進行同步(因為基站的位置是固定的,基站之間進行同步與基站和移動終端之間進行同步要容易實現得多。)
總的而言,TDOA相比TOA,盡管需要多一個基站,但是卻有著更低的復雜度與更高的精度,因此目前TDOA定位的應用非常廣泛。
時間同步
對于之前TDOA的時間同步過程而言,其一般可以采用多種時間同步方式實現。利用ThinkRF的可網絡化部署頻譜分析儀來講,其由于優秀的網絡化特性與便攜特性,因此在TDOA的使用中可以更加適用。


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