劉元盛無(wú)線定位原理無(wú)線定位技術(shù)研究背景：近年來(lái)基于位置服務(wù)的需求逐步提高，無(wú)人駕駛車(chē)輛的行駛環(huán)境也逐步多元化，如地下車(chē)庫(kù)，室內(nèi)外分界處，大型倉(cāng)庫(kù)等特殊場(chǎng)景下。同時(shí)，隨著無(wú)人駕駛平臺(tái)載體的變化，一些低功耗，低成本的小型化的異構(gòu)控制方式需求急劇增加。同時(shí)，定位是無(wú)人駕駛感知技術(shù)中重要的部分，精確的定位結(jié)果是無(wú)人駕駛決策和控制的基礎(chǔ)。但目前基于如GNSS定位系統(tǒng)的單一的無(wú)人車(chē)定位方案無(wú)法滿足車(chē)輛全方位的定位問(wèn)題。無(wú)線定位技術(shù)無(wú)線定位技術(shù)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)中，定位算法可以分為基于接收信號(hào)角度法(AOA)、基于接收信號(hào)強(qiáng)度法（RSSI）、基于接收信號(hào)時(shí)間法（TOA和TDOA）和各種混合定位的方法。其中，TOA和TDOA都需要ns級(jí)別的硬件時(shí)鐘同步。而AOA需要方向性天線。這些都會(huì)在一定程度上增加實(shí)際系統(tǒng)中的部署成本。AOA：到達(dá)角度(Angle-of-Arrival)TOA：達(dá)到時(shí)間（TimeofArrival）TDOA：到達(dá)時(shí)間差（TimeDifferenceofArrival）RSSI：接收的信號(hào)強(qiáng)度指示（ReceivedSignalStrengthIndication）TOA測(cè)距原理其中，定位算法TOA是先計(jì)算發(fā)射信號(hào)從發(fā)射端到接收端的時(shí)間，再用這個(gè)時(shí)間乘以光速就得到了兩點(diǎn)之間距離。但是也有其缺點(diǎn)，那就是系統(tǒng)中所有的節(jié)點(diǎn)都需要在時(shí)間上保持精確的同步，不然會(huì)對(duì)定位的精度產(chǎn)生很大影響。但是實(shí)際芯片生產(chǎn)中，受時(shí)鐘漂移、晶振不同等因素的影響，很難在時(shí)間上保持精確同步。對(duì)射頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，1ns時(shí)鐘同步誤差將產(chǎn)生約0.3m的測(cè)距誤差。因此要求非常高的時(shí)鐘及同步精度。在室內(nèi)，節(jié)點(diǎn)間距離較小，采用信號(hào)到達(dá)時(shí)間測(cè)距難度大。并且由于同步精度有限，使用TOA技術(shù)難度很高。TDOA測(cè)距原理不同于TOA，TDOA（到達(dá)時(shí)間差）是通過(guò)檢測(cè)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)基站的絕對(duì)時(shí)間差，而不是到達(dá)的飛行時(shí)間來(lái)確定移動(dòng)臺(tái)的位置，降低了信號(hào)源與各個(gè)監(jiān)測(cè)站的時(shí)間同步要求，但提高了各個(gè)監(jiān)測(cè)站的時(shí)間同步要求。采用三個(gè)不同的基站可以測(cè)到兩個(gè)TDOA，移動(dòng)站位于兩個(gè)TDOA決定的雙曲線的交點(diǎn)上。無(wú)線定位技術(shù)AOA測(cè)量的基本原理是利用測(cè)量點(diǎn)具有方向性的天線（DirectionalAntenna）或天線陣列（AntennaArray），得到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)的方向，從而根據(jù)信號(hào)的到達(dá)方向來(lái)進(jìn)行定位。根據(jù)AOA定位的原理可知，多徑效應(yīng)會(huì)影響信號(hào)從一個(gè)完全不同的角度到達(dá)接收端，因此多徑對(duì)AOA的影響很大。另外，配備有AOA參數(shù)估計(jì)的節(jié)點(diǎn)硬件尺寸、功耗及成本相對(duì)較大，接收機(jī)天線的角度分辨率也受到硬件設(shè)備的極限限制。實(shí)際系統(tǒng)中，AOA常與TOA或TDOA信息聯(lián)合使用成為混合定位。采用混合定位精度更好，也可降低對(duì)單一測(cè)量量的依賴(lài)。AOA定位原理圖場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量原理通常場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量的定位方法可以分2種：（a）利用強(qiáng)度測(cè)量(RSSI)得到距離的方法?；驹硎抢眯诺纻鞑ツＰ兔枋雎窂綋p耗，進(jìn)而基于信號(hào)強(qiáng)度來(lái)獲取收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離。缺點(diǎn):信號(hào)強(qiáng)度受到傳播環(huán)境、天線傾角、無(wú)線系統(tǒng)的功率動(dòng)態(tài)調(diào)整等因素，傳播模型經(jīng)驗(yàn)公式精準(zhǔn)度有限，一般定位要求不高的場(chǎng)景才用該方法實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端定位。（b）利用場(chǎng)強(qiáng)作為指紋特征值，如WiFi信號(hào)強(qiáng)度、地磁強(qiáng)度。指紋定位一般分兩大步驟，指紋采集離線訓(xùn)練，以及在線定位指紋匹配。缺點(diǎn):建立指紋特征庫(kù)需要大量的指紋采集測(cè)量，且對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量精度、穩(wěn)定性有很高的要求，要求數(shù)據(jù)庫(kù)可以快速更新和高效維護(hù)管理。無(wú)線定位技術(shù)定位技術(shù)參數(shù)定位原理定位精度抗干擾能力成本功耗Wi-FiRSSI/TOF/AOA1.7-10m較強(qiáng)較高高藍(lán)牙RSSI3-5m弱較高較低UWBTOF/TW-TOF0.1-0.15m強(qiáng)較高低地磁RSSI2-5m極弱較低較低RFIDRSSI1-8m弱較高低ZigBeeRSSI3-10m弱較高低紅外TOF5-10cm弱高高超聲波TOF0.01-0.1m強(qiáng)高高視覺(jué)SLAM0.1m較強(qiáng)較高高激光雷達(dá)SLAM0.05m強(qiáng)高高慣性導(dǎo)航PDR0.01m強(qiáng)高低UWB技術(shù)UWB(UltraWideband)是一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒至微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有穿透力強(qiáng)、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用于室內(nèi)靜止或者移動(dòng)物體以及人的定位跟蹤與導(dǎo)航，且能提供十分精確的定位精度。UWBUWB技術(shù)單邊雙向測(cè)距(Single-sidedTwo-wayRanging)SSTWR想要測(cè)的準(zhǔn)，要滿足兩點(diǎn)DeviceB收到幀之后要盡可能快的回應(yīng)兩個(gè)系統(tǒng)之間的鐘差要足夠?。ňд癫罹嘈?，不要求同步）隨著Treply和時(shí)鐘偏移的增加，會(huì)增加飛行時(shí)間的誤差，從而使得測(cè)距不準(zhǔn)確。PPM：partspermillion無(wú)線定位技術(shù)雙邊雙向測(cè)距（Double-sidedTwo-wayRanging）是單邊雙向測(cè)距的一種擴(kuò)展測(cè)距方法，記錄了兩個(gè)往返的時(shí)間戳，最后得到飛行時(shí)間，雖然增加了響應(yīng)的時(shí)間，但會(huì)降低測(cè)距誤差。分為兩次測(cè)距，設(shè)備A主動(dòng)發(fā)起第一次測(cè)距消息，設(shè)備B響應(yīng)，得到4個(gè)時(shí)間戳；然后過(guò)了一段時(shí)間，設(shè)備B主動(dòng)發(fā)起測(cè)距，設(shè)備A響應(yīng)，同樣得到4個(gè)不同的時(shí)間戳。最終可以得到如下四個(gè)時(shí)間差：（1）Tround1（2）Treply1（3）Tround2（4）Treply2主要的誤差來(lái)源一定是接收數(shù)據(jù)的時(shí)間戳是否正確。而不是晶體的ppm值。UWB技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：●因需求量不足造成的成本問(wèn)題●研發(fā)難度高，投入大●由于所使用頻率的原因，在有遮擋的環(huán)境下，精度受到很大影響。●由于發(fā)射功率對(duì)策限制，定位距離不足。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，基于多傳感器融合的定位方式才是未來(lái)發(fā)