RSSI测距

 

RSSI的英文全称为Received Signal Strength Indication,即接收信号的强度指示。可通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离,进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。

 

RSSI是射频信号理论术语,该方法是依据接收信号能量强度确定距离,对通信信道参数要求较高。其测距理论是:依据无线电波或声波在介质中传输,信号功率是随传播距离衰减的原理。根据信标节点已知信号的发射功率和节点接收的信号功率,通过信号与距离之间的衰减模型,就可以计算出节点间的距离。由于信号传播的过程中,受到距离和障碍物的影响,信号的功率强度随之衰减,间接影响精度。所以要求得到良好的精度,短距离才会体现这一点。

 

需要了解的是,每种测距方法都各有利弊,以下是使用RSSI进行测距的优点:

 

(1)    使用RSSI测距方法的功耗更低;


(2)    成本低。RSSI测距与TOF测距方式相比,对时间系统的要求不高,且不受发送延迟、天线延迟等因素的影响,无需额外的硬件即可利用对接收无线信号的强度判断来推到收发节点间的距离,因此硬件成本、软件成本以及时间成本都相对较低;


(3)    使用方式简单。一般来说,计算接收无线信号强度是商用无线收发芯片具备的功能,一般使用时只需要配置相关的寄存器或调用相关API即可。

 

RSSI测距方式的约束:

 

(1)    环境因素的影响。测距精度受障碍物、天气、非测距信号等诸多因素的影响。举例来说,若收发双方存在障碍物(特别时金属障碍物)时,电磁波的能量会被衰减;


(2)    无线信道多径衰落造成的信号能量不稳定


(3)    测量精度受天线方向性、天线增益等诸多的影响。

 

总的来说,RSSI测距适用于测试环境较空旷、环境干扰较小的场景,避免安装在竖井内或电磁环境复杂处,只有这样才能提高通讯质量,减少背景噪音等不可预测的干扰现象。在实际环境下,RSSI主要应用于短距离测距、室内定位中。

 

TOF测距

 

TOF的英文全称为Time of Flight(空中时间),TOF测距技术是飞行时差测距的方法,传统的测距技术分为双向测距技术(Two Way Rang ing )和单向测距技术(OneWay Ranging)。 TOF测距方法属于双向测距技术,它主要利用信号在两个收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。
 

图1  TOF测距原理

 

TOF测距优点:

(1)    TOF 测距的方式为双向测距,相比于单向测距,会降低测距误差;

(2)    TOF 测距依赖于飞行时间,时间测量精度并不随着测试距离的增加有明显变化,性能较为稳定,可以精确测量的距离更远;

 

TOF测距的误差分析:

 

(1)    无线收发的间隔时间是很短的。在TOF测距方案中,距离测量依赖于时间的测量,但是光速高达30万公里/秒,较小的时间误差就会导致较大的距离误差,因此要获得精确的距离,对收发双方的计时系统要求也就变得很高。


(2)    时间延迟。时间延迟包括发送延迟、接收延迟以及天线延迟。当测距信号通过数字和模拟信号处理和调制后传输时,通过无线电的发射和接收会产生一定的延迟误差。 天线发射信号/接收信号会有一定的延迟,且此延迟可能不是均匀的,因为在一个辐射方向所产生的延迟可能会不同于另一个辐射方向,且由于天线质量的差异,不同天线的延迟时间会存在差异。


(3)    多路径是指发射信号从发射机到接收机经过多次反射和衍射的现象。当发射机和接收机之间存在障碍物时,这种影响会变得严重。

 

在实际的应用中,无线信号总会受到很多不稳定因素的干扰,在不同的应用环境中受到的干扰也不相同,这些干扰因素会对无线信号的传输存在影响,进而影响通信系统、测距系统或定位系统的稳定性和准确性。以测距系统为例,为了让测距结果更加精确,有必要对各个干扰因素进行验证,判断其是否存在规律,能否通过补偿来消除或减小干扰因素对测量结果的影响。