UWB定位3種定位算法：TOF定位算法、TDOA定位算法和TOA定位算法
發(fā)布日期：2019-07-29 瀏覽次數(shù)：1938次

本文95power小編介紹下超寬帶UWB定位的三種常用定位算法，包括TDOA定位算法、TOF定位算法、TOA定位算法。

（一）TOF定位算法

        基于TOF的定位方法與基于TOA的定位方法在本質上是相同的，而TOF測距不依賴基站與標簽的時間同步，故沒有時鐘同步偏差帶來的誤差，但TOF測距方法的時間取決于時鐘精度，時鐘偏移會帶來誤差。為了減少時鐘偏移量造成的測距誤差，通常采用正反兩個方向的測量方法，即遠端基站發(fā)送測距信息，標簽接收測距信息并回復，然后再由標簽發(fā)起測距信息，遠端基站回復，通過求取飛行時間平均值，減少兩者之間的時間偏移，從而提高測距精度。

（二）TDOA定位算法

        基于TDOA的定位方法又稱為雙曲線定位，其原理是通過測量UWB信號從UWB標簽到兩個UWB基站之間傳播時間的差值，得到UWB標簽到兩個UWB基站之間的固定距離差。TDOA算法是對TOA算法的改進，它并不是直接利用信號到達時間，而是利用多個UWB基站接收到信號的時間差來確定移動目標的位置。因此與TOA相比并不需要加入專門的時間戳來進行時鐘同步，定位精度相對有所提高。

（三）TOA定位算法

TOA定位算法即“到達時間”，這種方式定位是通過UWB基站和UWB標簽之間的多次通信實現(xiàn)的，如下圖：

1、UWB基站首先發(fā)給UWB標簽一個包，同時記錄下UWB基站當前的時間信息，記為T1。

2、UWB標簽收到基站的信息，返回一個ACK。

3、UWB基站收到UWB標簽的ACK，記錄當前的時間信息，記為T2。

4、UWB基站計算時間差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UWB基站和UWB標簽之間要進行兩次通信，故又將這種定位方式稱為“Two-way-ranging”，簡稱“TWR”。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UWB基站和一個UWB標簽便可進行定位，缺點首先自然是定位速度了，其次，由于每次通信的質量無法保證，而一對UWB基站/UWB標簽又無法做自我的校準，精度自然也會受到影響。

        TDOA即“到達時間差”，這種方式的一次測距是由兩個UWB基站和一個UWB標簽實現(xiàn)的。在這種模式下，多個時鐘完全同步的UWB基站同時接受來自一個UWB標簽的包，對于不同位置的UWB基站，同一個UWB標簽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、UWB標簽發(fā)出一個廣播包。

2、 兩個UWB基站接收到同一個包，UWB基站1接收到的時間為T1，UWB基站2接收到的時間為T1。

3、計算時間差Td = T2 - T1。

4、對于至少四個UWB基站，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UWB標簽的空間坐標。

        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。但要保證TDOA系統(tǒng)中各個UWB基站的時鐘必須嚴格同步，深圳微能信息（95power）的UWB定位系統(tǒng)方案基于TDOA定位算法，根據(jù)現(xiàn)場不同的定位環(huán)境，精度誤差在10厘米-30厘米。UWB定位方案和硬件廣泛應用于隧道、變電站、電廠、監(jiān)獄等場所人員定位。更多UWB定位的信息可咨詢95power小編。

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