Метод TDoA (Time Difference of Arrival)

Источник - Ray Dak Lam

TDoA относится к методам локализации, основанным на применении принципа мультилатерации. Его использование базируется на определении разницы во времени, которое затрачивается на передачу сигнала между тегом отслеживания и базовой станцией. Угол прихода TDoA рассчитывается путем математической обработки. Методика отличается высокой точностью определения местоположения и позволяет находить объекты в большом радиусе действия.

Компания Navigine использует Time Difference of Arrival при работе со сверхширокополосной технологией UWB. Мы применяем метод для расчета координат, которые необходимы для навигации и трекинга внутри помещений. Клиентам предлагаются эффективные решения локального позиционирования, позволяющие создавать мобильные приложения на основе геолокации.

Принцип работы метода TDoA

TDoA применяется в системе RTLS для точного определения местоположения объектов в режиме реального времени. С его помощью можно легко находить людей или активы, которые оснащаются специальными тегами отслеживания. Метки могут устанавливаться на оборудовании, внедряться в одежду, бейджи, каски и другие предметы. В процессе эксплуатации они с определенной периодичностью рассылают радиосигналы, которые принимаются считывающими устройствами (приемниками) в зоне действия связи. Далее сигналы направляются на сервер RTLS, который вычисляет расположение тега.

Navigine SDK

Профессиональные решения для indoor позиционирования в реальном времени для мобильных приложений.

Больше

Для полноценной работы TDoA требуется не меньше трех базовых станций. Одна из них принимается за основную, а остальные используются для получения разницы во времени при передаче сигнала. Чтобы система работала эффективно, все датчики должны быть синхронизированы и работать строго по одним часам. Синхронизация выполняется посредством беспроводной сети.

Поскольку все базовые станции находятся на разном расстоянии от тега отслеживания, данные достигают их в разное время. Именно эту разницу, умноженную на постоянную скорость света в пространстве, и использует методология. Полученные значения формируют базис для мультилатерации, которая предполагает определение координат метки по оси X, Y и Z. Полученные данные применяются для визуализации местонахождения тега на карте или для других целей в зависимости от особенностей мобильного приложения.

Преимущества и недостатки метода TDoA

Time Difference of Arrival находит широкое применение в создании программ для навигации и позиционирования внутри помещений. Популярность методики среди разработчиков обусловлена следующими преимуществами:

• Высокая точность – TDoA используется для вычисления местоположения по технологии UWB, которая по точности вычислений превосходит другие традиционные методы. К примеру, если BLE определяет расположение с точностью до 1 метра, то Ultra Wideband находит объекты с точностью до 10–30 см.
• Масштабируемость – посредством методики можно легко масштабировать развертывание RTLS, что позволяет удовлетворять потребности в навигации любой организации.
• Низкая задержка передачи сигнала – при помощи метода можно одновременно обрабатывать тысячи сообщений, что обеспечивает высокую надежность системы.

Методика Time Difference of Arrival имеет не только плюсы, но и ряд минусов. Так, одним из недостатков является необходимость синхронизации всех базовых станций. Если этого не сделать, то расчеты будут неверными. Также к минусам можно отнести слишком сложные алгоритмы, которые используются системой для определения местоположения объекта.

Сравнение TDoA и TWR

Двухстороннее ранжирование TWR является еще одним методом локализации, который наряду с TDoA используется для точного определения месторасположения. Оба способа позволяют осуществлять позиционирование с точностью до 30 см, однако имеют некоторые различия:

• TWR относится к более точным методикам, поскольку зависимость скорости света от температуры приводит к некоторым смещениям в измерениях TDoA.
• При использовании UWB происходит взаимодействие сервера с каждым отдельным узлом локатора. Двустороннее измерение дальности требует, чтобы все якоря в системе связывались с главным якорем.
• Two Way Ranging осуществляет отправку серии сообщений между устройствами, а это влечет за собой ограничение числа тегов, которые способны передавать сигналы в диапазоне частоты обновления.
• TWR не требует синхронизации базовых станций, что делает методику более надежной.
• Чтобы локализовать тег UWB, двухстороннему ранжированию требуется обмен девятью сообщениями, а это сокращает период службы батареи.

Каждый способ локализации имеет свои плюсы и минусы. TWR является более надежным в использовании, а метод локального позиционирования TDoA обладает преимуществами по времени автономной работы и применимости в отношении крупных проектов. Поэтому выбор методики осуществляется на основании конкретных требований заказчика. Так, TDoA обычно применяют в случаях, когда пользователю нужен небольшой объем работ по обслуживанию.