关于无线定位技术TDOA的综合论述（一）

  随着移动终端的逐渐普及，由PC等“固定终端”向智能手机、平板电脑等“移动终端”发展。然后，通信网络和定位系统的快速发展促进了基于位置服务的应用的出现。许多商业公司已经开始广泛使用LBS来根据其地理位置提供服务。目前，LBS为人们提供了交通导航、近邻兴趣点查询、网络交友和广告推送等多个方面的便捷服务。

  而LBS的实现要依靠于精准的定位技术，那么定位技术到底有哪些？目前火热的 TDOA又到底是什么？

无线定位技术

  利用通信和参数测量确定移动终端位置，而定位信息又可以用来支持位置业务和优化网络管理，提高位置服务质量和网络性能。定位技术大致可以分为三种类型：

• 基于三角关系和运算的定位技术
• 基于场景分析的定位技术
• 基于临近关系的定位技术

  基于三角关系和运算的定位技术是目前最为主流的方式，其中的利用距离与角度的方式实现最为简单且效果较好，因此目前主流的算法基本都采用这两种思路。

  随着无线通信技术的发展，定位技术也逐渐衍生出了基于无线通信的实现方式，将其主要归纳为下面三种机制：
  1). 基于网络的定位技术，这一类技术依靠于监测网络的部署，利用多基站联合工作的方式，实现定位，而TDOA算法也是基于这个思路实现的；
  2). 基于移动台的定位方法；
  3). 卫星定位系统，这其中最具代表性的就是基于GPS系统实现的GPRS全球定位系统，当然，目前随着“北斗”的全面部署，北斗全球定位系统也成为一大主力。

无线定位算法

  根据上文叙述，基于距离与角度的思路有很多算法，在这里，列举四个主流的算法：

1. RSS（信号强度分析法）

  根据模型参数，通过接受到的信号来计算待测点距离；因此其需要严苛的模型设计，且覆盖范围有限，一般不会单独使用。

2. AOA（到达角度分析法）

  通过获取被测点到两个接收机的信号到达角度进行定位，计算接收节点和锚节点之间的相对方位或角度，然后再利用三角测量法或其他方式计算出未知节点的位置。需要配置复杂的天线系统，且角度误差对定位精度的影响远比测距误差大。

3. TOA（到达时间定位法）

  2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，圆的交点即为被测点所在的位置。

  这要求参考节点与被测点需要严格的时间同步。微小的时间检测误差也会导致很大的距离估计误差。另外时钟同步也是引起定位误差的原因，如果接收端与发送端无法做到精确的时钟同步，也会导致很大的定位误差，这就要求TOA定位算法需要精确的时间检测装置，硬件设备要求较高。

4. TDOA（到达时间差定位法）

  以监测站为焦点，距离差为长轴作双曲线，双曲线的交点就是信号的位置。

  而这其中，获取时间差就是十分关键，目前主要有两种时间差的获取方式:
  (1)利用移动台到达2个基站的时间TOA，取其差值来获得，这时仍需要基站时间的严格同步，但是当两基站间移动信道传输特性相似时，可减少由多径效应带来的误差
  (2)将一个基站接收到的信号与另一个基站同时接收到的信号进行相关运算，从而得到TDOA的值，这种算法可以在基站和移动台不同步时，估计出TDOA的值。对于蜂窝网中的移动台定位而言，TDOA更具有实际意义，这种方法对网络的要求相对较低，且定位精度较高。
  在确定TDOA测量的准确性时，首先要考虑的是时序准确性。记录的时间误差将直接转化为距离测量的误差。这些误差可以分为两个部分：第一，每个接收器记录的时间的不确定性，这将取决于每个接收器使用的时钟；第二，接收器之间的同步精度。这在下一期TDOA的介绍中会着重描述。
  但不管如何，上述两种方式都需求基站之间需要时间同步。由于不需要检测信号传输时间，系统对时间同步的要求大大降低。基站之间进行同步（因为基站的位置是固定的，基站之间进行同步与基站和移动终端之间进行同步要容易实现得多。）
  总的而言，TDOA相比TOA，尽管需要多一个基站，但是却有着更低的复杂度与更高的精度，因此目前TDOA定位的应用非常广泛。

时间同步

  对于之前TDOA的时间同步过程而言，其一般可以采用多种时间同步方式实现。利用ThinkRF的可网络化部署频谱分析仪来讲，其由于优秀的网络化特性与便携特性，因此在TDOA的使用中可以更加适用。

  在这里,以ThinkRF R5750为例，提供了以下几种时间同步方式：
  1）NTP时间同步，通过网络时间服务器实现接收机之间的时间同步；
  2）GNSS时间同步，使用GPS来进行时间同步，并可利用GNSS模块的嵌入式10MHz参考时钟源来为VRT时间戳提供参考；

  3）用外部物理连接实现同步，利用外接1PPS或TRIGGER IN 的方式，来实现接收机的同步扫描设置。

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