tdoa定位算法_tdoa定位算法最小二乘算法

文章导读:

• 1、TOA/TDOA/RTOF三种方法区别
• 2、uwb定位原理
• 3、uwb中涉及的算法有哪些
• 4、定位是怎么定位的
• 5、室内定位时，怎样计算tdoa的值

TOA/TDOA/RTOF三种方法区别

测量方法区别。

基于TOF的定位方法与基于TOA的定位方法在本质上是相同的，而TOF测距不依赖基站与标签的时间同步，故没有时钟同步偏差带来的误差，但TOF测距方法的时间取决于时钟精度，时钟偏移会带来误差。为了减少时钟偏移量造成的测距误差，通常采用正反两个方向的测量方法，即远端基站发送测距信息，标签接收测距信息并回复，然后再由标签发起测距信息，远端基站回复，通过求取飞行时间平均值，减少两者之间的时间偏移，从而提高测距精度。基于TDOA的定位方法又称为双曲线定位，其原理是通过测量UWB信号从标签到两个基站之间传播时间的差值，得到标签到两个基站之间的固定距离差。TDOA算法是对TOA算法的改进，它并不是直接利用信号到达时间，而是利用多个基站接收到信号的时间差来确定移动目标的位置。因此与TOA相比并不需要加入专门的时间戳来进行时钟同步，定位精度相对有所提高。

uwb定位原理

简单介绍下UWB高精度定位方案，UWB无线通信是一种不用载波，而采用时间间隔极短(小于1ns)的脉冲进行通信的方式，也称做脉冲无线电(ImpulseRadio)、时域(TImeDomain)或无载波(CarrierFree)通信。具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点，在室内或者建筑物比较密集的场合可以获得良好的定位效果，同时在进行测距、定位、跟踪时也能达到更高的精度。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。

UWB定位采用的是TDOA定位算法，通过测量出不同基站与移动终端的传输时延差来进行定位。SKYLAB UWB高精度室内定位方案的定位原理就是通过在室内布置4个已知坐标的定位基站（VDU2503），需要定位的人员或者设备携带定位标签（UWB工卡/UWB手环/UWB资产标签），标签按照一定的频率发射脉冲，不断和四个已知位置的基站进行测距，通过一定的算法精确的计算定位标签的位置。目前UWB定位系统也可以提供3D定位功能，此定位系统采用TDOA和AOA两种定位算法，已达到3D定位的效果。

UWB定位主要应用于室内高精度定位，用于在一定空间范围内获取人或物的位置信息。基于SKYLAB UWB技术的室内定位方案正在逐步渗透机场、展厅、 写字楼、仓库、地下停车、监狱、军事训练基地等需要使用准确的室内定位信息的应用，能够实时了解关键物体(携带定位标签的人员、设备)的位置，准确的记录关键物体移动的行为轨迹，对设备点的定期巡检，实时监控还能够对危险区域进行告警，提醒访客和其他非相关人员不要靠近危险区域。

uwb中涉及的算法有哪些

超宽带UWB定位的三种常用定位算法，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的定位方法与基于TOA的定位方法在本质上是相同的，而TOF测距不依赖基站与标签的时间同步，故没有时钟同步偏差带来的误差，但TOF测距方法的时间取决于时钟精度，时钟偏移会带来误差。为了减少时钟偏移量造成的测距误差，通常采用正反两个方向的测量方法，即远端基站发送测距信息，标签接收测距信息并回复，然后再由标签发起测距信息，远端基站回复，通过求取飞行时间平均值，减少两者之间的时间偏移，从而提高测距精度。

（二）TDOA定位算法

基于TDOA的定位方法又称为双曲线定位，其原理是通过测量UWB信号从UWB标签到两个UWB基站之间传播时间的差值，得到UWB标签到两个UWB基站之间的固定距离差。TDOA算法是对TOA算法的改进，它并不是直接利用信号到达时间，而是利用多个UWB基站接收到信号的时间差来确定移动目标的位置。因此与TOA相比并不需要加入专门的时间戳来进行时钟同步，定位精度相对有所提高。

（三）TOA定位算法

TOA定位算法即“到达时间”，这种方式定位是通过UWB基站和UWB标签之间的多次通信实现的，实际应用中为了更加靠谱，往往不仅仅是利用两次通信来测距，还会有更加复杂的多次通信来提高精度。

对于空间定位，只需要利用SX（球面相交法）便可以得出最后的坐标。

可见，为了一次定位，每个UWB基站和UWB标签之间要进行两次通信，故又将这种定位方式称为“Two-way-ranging”，简称“TWR”。这种定位的优势在于其实现的便捷性和对硬件的宽容，只需要有几个摆放在不同位置的UWB基站和一个UWB标签便可进行定位，缺点首先自然是定位速度了，其次，由于每次通信的质量无法保证，而一对UWB基站/UWB标签又无法做自我的校准，精度自然也会受到影响。

TDOA即“到达时间差”，这种方式的一次测距是由两个UWB基站和一个UWB标签实现的。在这种模式下，多个时钟完全同步的UWB基站同时接受来自一个UWB标签的包，对于不同位置的UWB基站，同一个UWB标签的同一次广播包到达的时间是不同的，所以便有有以下算法：

1、UWB标签发出一个广播包。

2、 两个UWB基站接收到同一个包，UWB基站1接收到的时间为T1，UWB基站2接收到的时间为T1。

3、计算时间差Td = T2 - T1。

4、对于至少四个UWB基站，可以得到三组这样的两两之间的信息。

5、通过数学方法（multi-lateration）可以解算出UWB标签的空间坐标。

由于算法比较复杂，这里不再赘述。由此可见，TDOA的优势首先在于一次定位的通信次数显著减少，其次由于是用时间差而非绝对时间进行测距，其精度也比TOA高出一些。但要保证TDOA系统中各个UWB基站的时钟必须严格同步，SKYLAB/95POWER的UWB定位系统方案基于TDOA定位算法，根据现场不同的定位环境，精度误差在10厘米-30厘米。UWB定位方案和硬件广泛应用于隧道、变电站、电厂、监狱等场所人员定位。

定位是怎么定位的

定位根据使用环境分为室外定位和室内定位两种，其中室外定位主要是靠GNSS模块接收GPS/BDS/GLONASS/GALILEO/QZSS/IRNSS等全球卫星定位系统和区域卫星定位系统的卫星信号，并通过NMEA0183协议，模块串口输出位置信息，继而实现定位。

1、GPS定位

GPS定位是最常见的，它信号好、定位精度高、使用范围广，几乎所有需要定位的设备都会优先使用GPS定位。缺点是，不能信号透过金属和钢筋水泥混合物，因而不能在室内如地下停车场、高桥下、密集的楼房下使用。而且GPS在首次启动定位时，搜星速度慢，大约需要2~3分钟，不过现在这个缺陷也得到很好的解决了，很多内置GPS模块的GPS定位的设备都有AGPS或EPO辅助定位功能，帮助在搜星时快速定位位置，一般只需要几秒就搞定了，有的甚至实现秒定定位了。

2、北斗定位

北斗定位，众所周知，北斗是我国全力发展的可以跟GPS定位抗衡的卫星定位方式，定位原理跟GPS是一样的，都是根据天上的卫星来确定当前的位置的。虽然原理都一样吧，但是目前在定位精度、使用范围上还是有一定的差距，现在还是主要用于军事上，民用范围还在大力推广，民用范围定位精度几米到几十米都有，北斗模块的定位芯片价格相较GPS模块要高，在一些偏远山村，偏僻的地方可能会没有信号。

目前GPS卫星定位系统覆盖的是全球范围，能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颗)，而北斗现在仅对东南亚实现了全覆盖，计划在2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。

室内定位则主要是依靠无线通信技术，比如WiFi技术，蓝牙技术，UWB技术等。

WiFi定位

WiFi定位，WiFi定位其实是室内定位方式的一种，但随着WiFi在室外的大范围覆盖，它也渐渐在室外定位技术上得到很好的应用。wifi定位的原理，这里就不细讲了，技术上的东西说深了其实更难理解，我们只要知道，一般情况下，wifi热点（也就是AP，或者无线路由器）的位置都是固定的，热点只要通电，不管它怎么加密的，都一定会向周围发射信号，只需设备能够扫到wifi，不需要连接wifi，定位端就能把检测到的热点的信息发送给服务器，服务器根据这些信息，查询、运算，就能知道客户端的具体位置了。WiFi定位的精度也是很高的，缺点是客户端必须能上网，而且附近必须有WiFi热点才行，离开大城市，这个功能就很难用到了。

蓝牙定位

蓝牙定位：蓝牙定位基于RSSI(Received Signal Strength Indication，信号场强指示)定位原理。蓝牙室内技术是利用在室内安装的若干个蓝牙局域网接入点，把网络维持成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网的主设备，然后通过测量信号强度获得用户的位置信息。根据定位端的不同，蓝牙定位方式分为网络侧定位和终端侧定位。

UWB定位

UWB定位：超宽带（UWB)定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。它利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点，与新加入的盲节点进行通讯，并利用TDOA定位算法，通过测量出不同基站与移动终端的传输时延差来进行定位。

室内定位时，怎样计算tdoa的值

在郑州联睿电子U-Loc室内厘米级实时定位系统中，人员或物品上所佩戴的定位标签利用UWB脉冲信号发射出位置数据，接收机接收、放大UWB信号，经同步分配器校准接收机时钟，计算出定位标签信号到达不同接收机的时间差（TDOA），可咨询 。然后定位引擎采用TDOA定位算法对标签位置进行解算，最终通过有线或无线的方式传输到信息处理及控制。