无线定位方法是指分析接收到的无线电波信号的特征参数,然后根据特定算法计算被测对象的位置(二维/三维坐标:经度、纬度、高度)。常用的无线定位方法有如下几种:信号强度分析法(RSS)、到达角度定位法(AOA)、到达时间定位法(TOA)、到达时间差定位法(TDOA)。UWB定位系统是目前业界精度最高的商用无线定位系统。
当这些已知参考点全部是卫星时,就是GNSS系统,当这些参考点全部是基站时,就是基站定位系统,当这些参考点部分是卫星,部分是基站(或者是其它地面参考站)时,就是差分GNSS。
如果我们只谈基站定位的话,就是这几种:
TOA(Time of Arrival)即到达时间定位法。TDOA(Time Difference of Arrival)即到达时间差定位法。两者都是基于电波传播时间的定位方法。需要同时有三个位置已知的基站来协助定位。TOA基本原理是得到3个达到时间后,可以算出设备到三个基站的距离,然后根据几何只是建立方程组并求解,从而求得Location值。TDOA则不立刻求解距离,而是先计算时间差,然后通过一些巧妙的数学算法建立方程组并求解,从而得到Location值。由于TOA计算完全依赖于时间,对系统的时间同步要求很高,任何很小的时间误差都会被放大很多倍,同时由于多径效应的影响又会带来很大的误差,因而单纯的TOA在实际中应用很少。DTOA由于其中巧妙设计的求差过程会抵消其中很大一部分的时间误差和多径效应带来的误差,因而可以大大提高定位的精确度。由于DTOA对网络要求相对较低,并且精度较高,因而目前已经成为研究的热点。
TDOA定位即双曲线定位,最少需要4个基站。通过测量标签到每两个基站之间的距离差,距离差等于常量即可绘制出双曲线,而曲线交点即可确定标签坐标。该方法实现过程中,标签只需要广播一次UWB信号即可,因此有利于标签的功耗及标签并发数量。
RSS定位法即根据接收信号的强度来实现定位。定位过程中,通过设备测量三个不同参考点的信号强度,依据物理学模型计算出三个距离值,那么采用和TOA类似的几何求解方法,即可以得到定位点。一般的射频芯片都具有RSSI测量功能,故RSSI机制实施简便,但易受信道和噪声影响,在远距离定位时测量误差较大,多用于小范围定位。
AOA(Angle of Arrival)即到达角度定位法。是一种两基站定位方法,基于信号的入射角度进行定位。其通过两直线相交确定位置,不可能有多个交点,避免了定位的模糊性。但是为了测量电磁波的入射角度,接收机必须配备方向性强的天线阵列。
COO(Cell of Origin)定位法。COO定位是一种单基站定位,即根据设备当前连接的蜂窝基站的位置来确定设备的位置。是一种起源蜂窝小区的定位技术,它根据移动台所处小区识别号ID来确定用户的位置。移动台在当前小区注册后,在系统的数据库中就会有相对应的小区ID号。只要系统能够把该小区基站设置的中心位置(在当地地图中的位置)和小区的覆盖半径广播给小区范围内的所有移动台,这些移动台就能知道自己处在什么地方,查询数据库即可获取位置信息。起源蜂窝小区技术是基于网络的定位方案,它的优点是无需对网络和手机进行修改,响应时间短。但是,由此导致的缺点是精度较差。它的定位精度取决于小区的半径。