（二） TDOA（到达时间差）、AoA（到达角度）、RSSI（接收信号强度）、TOF（飞行时间） 四种定位技术的原理详解及对比
以下是 TDOA（到达时间差）、AoA（到达角度）、RSSI（接收信号强度）、TOF（飞行时间） 四种定位技术的原理详解及对比：
1. TDOA（Time Difference of Arrival，到达时间差）
原理
-
通过测量信号从发射端到多个接收端（基站）的时间差，计算目标位置。
-
至少需要 3个基站 进行二维定位（4个基站支持三维定位）。
-
数学模型：
-
信号到达基站A和基站B的时间差 ΔtABΔtAB 对应距离差 Δd=c⋅ΔtABΔd=c⋅ΔtAB（cc为光速）。
-
目标位置位于以基站A、B为焦点的双曲线上，多基站交汇点即为定位结果。
-
特点
-
优点：无需设备与基站同步时钟（仅基站间需同步），适合大范围部署。
-
缺点：依赖基站同步精度，多径效应可能影响准确性。
-
应用：UWB室内定位、移动通信基站定位（如5G TDOA）。
2. AoA（Angle of Arrival，到达角度）
原理
-
通过天线阵列测量信号的入射方向（方位角 θθ 和俯仰角 ϕϕ），结合几何关系计算目标位置。
-
实现方式：
-
相位差法：多天线接收同一信号，通过相位差计算角度（需天线间距≤半波长）。
-
波束成形：动态调整天线方向图，匹配信号最强方向。
-
特点
-
优点：仅需 1个基站 即可定位（但需多天线），适合方向敏感场景。
-
缺点：角度误差随距离放大，天线阵列成本高。
-
应用：蓝牙5.1 AoA定位、雷达跟踪、无人机导航。
3. RSSI（Received Signal Strength Indicator，接收信号强度）
原理
-
利用信号强度随距离衰减的模型（如对数路径损耗模型）：
RSSI=P0−10nlog10(d)+XσRSSI=P0−10nlog10(d)+Xσ-
P0P0：1米处参考信号强度
-
nn：路径损耗指数（自由空间为2，复杂环境为3-5）
-
XσXσ：环境随机噪声
-
-
通过多个基站的RSSI值拟合距离，再通过三角定位或指纹匹配确定位置。
特点
-
优点：硬件简单（普通WiFi/蓝牙芯片即可支持），成本低。
-
缺点：精度低（1-10米），易受环境干扰（如墙体、人体遮挡）。
-
应用：WiFi/蓝牙室内定位、物联网设备粗略定位。
4. TOF（Time of Flight，飞行时间）
原理
-
直接测量信号从发射端到接收端的往返时间 tt，计算距离 d=c⋅t2d=2c⋅t。
-
实现方式：
-
双边双向测距（DS-TWR）：通过多次信号交互消除时钟偏差（UWB常用）。
-
单边测距（SS-TWR）：需高精度时钟同步。
-
特点
-
优点：精度高（UWB可达厘米级），抗多径干扰能力强。
-
缺点：需设备与基站间严格时间同步，功耗较高。
-
应用：UWB高精度定位、激光测距、自动驾驶雷达。
技术对比表
| 技术 | 定位依据 | 所需基站数 | 精度 | 硬件复杂度 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|---|
| TDOA | 时间差（双曲线） | ≥3 | 0.1-1米 | 高（需同步） | UWB室内定位、5G定位 |
| AoA | 信号入射角度 | ≥1（多天线） | 0.5-2米 | 高（天线阵列） | 蓝牙AoA、雷达跟踪 |
| RSSI | 信号强度衰减 | ≥3 | 1-10米 | 低 | WiFi指纹定位、IoT |
| TOF | 信号往返时间 | ≥1（测距） | 0.01-0.5米 | 中（需时钟） | UWB测距、激光雷达 |
组合技术案例
-
UWB定位系统：
-
TOF+TDOA：TOF用于测距，TDOA用于多基站联合定位。
-
-
蓝牙5.1定位：
-
AoA+RSSI：AoA提供方向，RSSI辅助距离估算。
-
-
自动驾驶：
-
TOF+雷达AoA：激光雷达（TOF）测距，毫米波雷达（AoA）测角度。
-
每种技术各有优劣，实际应用中常根据精度需求、成本和环境复杂度选择组合方案。