實時定位系統(tǒng)(rtls)(編輯修改稿)
2025-07-19 17:55 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 I的系統(tǒng)在安全應(yīng)用上是不合格的，因為進攻者能用放大，衰減信號或者其他方式來很容易地改變所接受信號的強度。最終，過量的WLAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵目的就是發(fā)行量，而承擔(dān)著增加的任務(wù)網(wǎng)絡(luò)的RTLS是仍然待解決的。飛行時間定位法飛行時間定位法是測量一個信號從待測節(jié)點到參考節(jié)點經(jīng)過的時間，而這基于典型信號通過媒介的估計傳播速度。因為這種方法是基于時間值，時間的準(zhǔn)確要比前面的方法具有更重要的意義。伴隨高精確度的參考節(jié)點R記錄到伴隨高精確度的待測節(jié)點T已知的傳播信號出發(fā)時間值。出發(fā)時間是t1，相應(yīng)的到達時間是t2，用一個估計的信號傳播速度S，在兩個裝置之間的距離D能夠被決定準(zhǔn)確度在12米里。用三個參考節(jié)點，一個算法就能決定待測節(jié)點在三維空間中的位置。這種方法能夠被如下的圖來說明。圖7：用飛行時間定位法確定待測節(jié)點的位置這種方法沒有增加額外的系統(tǒng)的硬件制作費用，因為它能用同樣的硬件來進行數(shù)據(jù)傳輸和信號處理。與飛行時間定位法有關(guān)的問題一個理想的TOF系統(tǒng)需要昂貴的精確時鐘。事實上，時鐘的補償和漂移腐化了測量的精確性。而且，信號能夠受其他信號的干擾，噪音，多路徑傳播的影響。然而，TOF系統(tǒng)有一個超越其他系統(tǒng)的優(yōu)點，因為所增加的硬件費用是最小的。而且它在室內(nèi)環(huán)境中也相當(dāng)成功，比如混凝土墻和樓梯，而且相比其他方法，它有一個比較高的精確度。此外，在實時定位系統(tǒng)上，TOF被認(rèn)為是一個安全的方法。往返時間定位法一種克服TOF法固有困難的方法就是使得所要求的時鐘同步化與測量無關(guān)。這能夠被做靠發(fā)送一個測量信號然后等應(yīng)答信號(這個過程就是“先貸后存的利差”)。這能夠被如下的圖來說明。圖8：往返時間定位法用一個數(shù)據(jù)信號和一個應(yīng)答信號來緩和時鐘同步化問題。RTT用可以很好預(yù)料的硬件生成應(yīng)答數(shù)據(jù)包，在這里假定，在兩個節(jié)點MAC的處理時間是相等的。所用的時間戳記在物理層上，而不是在應(yīng)用層上。Nanotron改善了往返時間法，并發(fā)展了對稱雙邊兩路測量法（SDSTWR），這將在下一節(jié)中被描述。對稱雙邊兩路測量法(SDSTWR)Nanotron技術(shù)發(fā)展了飛行時間法，它采用參考節(jié)點發(fā)送一個測量信號并由待測節(jié)點發(fā)送回來一個應(yīng)答信號來抵消時鐘同步化的要求。它建立在依靠附加寬頻調(diào)頻技術(shù)能夠保護多徑傳播和噪音干擾的優(yōu)點上。為了消除時鐘漂移和補償?shù)挠绊?，測量結(jié)果是在待測節(jié)點和參考節(jié)點的測量結(jié)果上進行平均。這個結(jié)果有合理的精確度，在1米的誤差范圍內(nèi)，即使是在最復(fù)雜的環(huán)境里。這個方法就叫對稱雙邊兩路測量法，或者叫SDSTWR。所用帶寬和測量法測量方法比如TOF常常用互相關(guān)函數(shù)的主要邊緣檢測去估計信號接收的準(zhǔn)確時間。信號帶寬越寬，相關(guān)峰值就越窄。相關(guān)峰值盡可能的窄就會增加這種方法的時間分辨率，同時也增加了定位的精確度。這就是UWB技術(shù)被普遍認(rèn)為是測量系統(tǒng)技術(shù)選擇的原因。然而，發(fā)展UWB技術(shù)有兩個障礙。首先，UWB技術(shù)還沒有在世界范圍內(nèi)得到認(rèn)可，即使在2002年，UWB首次得到FCC的批準(zhǔn)應(yīng)用在美國室內(nèi)營運方面。第二，UWB技術(shù)仍然是一個很新的技術(shù)并不被研究實驗室以外的人所廣泛接受。500MHzUWB無線電的典型期待就是提供一個合理的測量精度，它比通常認(rèn)為的要少很多帶寬。一個這樣供選擇的就是Nanotron的附加展頻調(diào)頻（CSS）技術(shù)，它只需要用80MHz的帶寬。而且，CSS在操作上已經(jīng)被歐盟，美國，日本所認(rèn)可。信號檢測SDSTWR信號檢測的機制就是當(dāng)收到數(shù)據(jù)包時，結(jié)合一些相關(guān)函數(shù)毫微秒的時間分辨率來取相關(guān)測量結(jié)果的平均值。所獲得結(jié)果的分辨率和由基于UWB技術(shù)用TOA技術(shù)所獲得的結(jié)果接近。兩路測量避免了時鐘同步化因為SDSTWR和TOF方法相似，它避免了在節(jié)點測量結(jié)果所需要的時鐘同步化。在SDSTWR測量方法中，信號從一個節(jié)點傳播到下一個節(jié)點并返回原來的節(jié)點（往返傳播或者兩路測量）。信號從節(jié)點1（比如參考節(jié)點）傳播到節(jié)點2（比如待測節(jié)點）的時間是被節(jié)點2所測量的。這能被如下的圖來說明。圖10：由兩路測量法測量距離僅當(dāng)節(jié)點2收到節(jié)點1發(fā)送的數(shù)據(jù)包開始時間測量，當(dāng)節(jié)點2發(fā)送回數(shù)據(jù)包給節(jié)點1時結(jié)束時間測量。在這種情況下，節(jié)點2不需要和節(jié)點1保持時間同步化。當(dāng)節(jié)點1收到節(jié)點2的應(yīng)答信號后，收到數(shù)據(jù)包的累計時間值用來去計算兩個節(jié)點之間的距離。由節(jié)點1測量的時間減去由節(jié)點2測量的時間的差就是信號通過空氣傳播時間的2倍。時鐘發(fā)生振蕩的限制雖然節(jié)點之間的同步不再需要了，但是在TWR方案中又有了另一個問題，那就是時鐘發(fā)生振蕩的質(zhì)量。這是因為往返時間與信號通過空氣傳播所需的時間相比是一個相當(dāng)長的間隔。收發(fā)機發(fā)送接收數(shù)據(jù)包需要幾百微秒而不是信號通過空氣傳播所需要的幾十毫微秒。一個可以接受的由于振蕩漂移，測量的往返時間誤差不能超過1毫微秒，但是這大略需要晶體10ppm的偏差或者更好。然而，這在大多數(shù)實時定位系統(tǒng)所布置得典型晶體的質(zhì)量范圍之外。零漂誤差一個簡單的方法去避免時鐘漂移的障礙就是對稱地執(zhí)行測量方法兩次。第一次測量結(jié)果計算是基于從節(jié)點1到節(jié)點2然后回到節(jié)點1的往返路徑。第
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