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测距技术

接收强度测距(Received Singal Strength-RSS)

​ RSS是射频信号理论术语，主要应用于发射机和接收机之间的距离测量。该方法是依据接收信号能量强度确定距离，对通信信道参数要求较高。其测距理论是：依据无线电波或声波在介质中传输，信号功率是随传播距离衰减的原理。根据信标节点已知信号的发射功率和节点接收的信号功率，通过信号与距离之间的衰减模型，就可以计算出节点间的距离。由于信号传播的过程中，受到距离和障碍物的影响。信号的功率强度随之衰减，间接影响精度。所以要求得到良好的精度，短距离才会体现这一点。

​ 其中RSS=接收信号强度（dBm），\(P_t\)=发射功率（dBm），\(G_r\)=接收天线增益（dBi），\(G_t\)=发射天线增益（dBi），\(L_c\)=电缆和缆头的衰耗（dB），\(L_{bf}\)=自由空间损耗(dB)

飞行时间测距（Time of Flight-TOF）

​ 飞行时间指的是无线电信号在空气中传输的时间，通过测距发射机和接收机信号的传输时间，可以得到他们之间的距离。假定两设备之间有一个共同的时钟，设备A记录发送时间发送给设备B，设备B接收设备A发送的数据并记录接收时间。则信号在设备A和设备B之间的飞行时间为Tprop。

​ 两者距离d为：

​ 其中C为光速

​ 该方法最为简单，但要求设备之间时钟同步。再此基础上发展出来的还有不需要时钟同步的双向测距技术

小结

​ 一般而言，对于两种技术来说，各有各的利弊，RSS方式受环境信号衰减影响大，但实现简单。TOF方案精度好，但对时钟精度要求较高。

定位技术

到达时间定位（Time of Arrival-TOA）

​ 被测点（标签）发射信号到达 3 个以上的参考节点接收机（基站），通过测量到达不同接收机所用的时间，得到发射点与接收点之间的距离，然后以接收机为圆心，所测得的距离为半径做圆，3 个圆的交点即为被测点所在的位置。

​ 该方法理论简单的一种定位方法。但两两测距信号收发次数多。系统容量难以做大。

到达时间差定位（Time Difference of Arrival-TDOA）

​ 标签卡对外发送一次信号，在标签定位距离内的所有基站都会收到无线信号，如果有两个已知坐标点的基站收到信号，标签和基站的距离间隔不同，因此这两个收到信号的时间节点是不一样的。根据数学关系，到已知两点为常数的点，一定处于以这两点为焦点的双曲线上。那么有四个已知点（四个定位基站）就会有四条双曲线，四条双曲线交于一点就是标签的位置。那么标签的位置只要通过解双曲线方程组即可求出。

​ 使用TDOA技术不需要定位标签与定位基站之间进行往复通信，只需要定位标签发射一次信号即可，工作时长缩短了，功耗也就大大降低了，故能做到更高的定位动态和定位容量。但该方案只能让基站知道标签在哪，不能让标签知道自己在哪，只能用于tracking，不能用于navigating.

到达角/离开角定位（Angle of Arrival/Departure-AOA/AOD）

• AOA定位:即蓝牙接收器拥有复数个天线，发射天线与每个接收天线距离有差异，故发射出的信号在每个接收天线有接收时差，就可以计算出相位差。
• AOD定位:则是通过蓝牙的定位信标通过天线阵列发出信号，而接收设备通过单根天线接收信号，通过解码接收信号计算出信号的发送方向。

​ AOA/AOD技术一般只能对角度进行确认，也就是只能确定方向，如果要进行定位，还需要进行测距。目前比较火的是蓝牙技术使用该方案，一般为AOA+RSSI的方式进行定位。

到达相位差定位（Phase Difference of Arrival-PDOA）

​ PDOA与AOA技术类似，也是通过天线阵列的方式获取相位角从而得出标签方向。但之后会再通过TOF方式进行测距，获得标签的位置。目前比较火的是UWB技术使用该方案，最新的苹果手机已有类似应用出现。