RSSI測距

RSSI的英文全稱為Received Signal Strength Indication，即接收信號的強(qiáng)度指示。可通過接收到的信號強(qiáng)弱測定信號點(diǎn)與接收點(diǎn)的距離，進(jìn)而根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位計算的一種定位技術(shù)。

RSSI是射頻信號理論術(shù)語，該方法是依據(jù)接收信號能量強(qiáng)度確定距離，對通信信道參數(shù)要求較高。其測距理論是：依據(jù)無線電波或聲波在介質(zhì)中傳輸，信號功率是隨傳播距離衰減的原理。根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)已知信號的發(fā)射功率和節(jié)點(diǎn)接收的信號功率，通過信號與距離之間的衰減模型，就可以計算出節(jié)點(diǎn)間的距離。由于信號傳播的過程中，受到距離和障礙物的影響，信號的功率強(qiáng)度隨之衰減，間接影響精度。所以要求得到良好的精度，短距離才會體現(xiàn)這一點(diǎn)。

需要了解的是，每種測距方法都各有利弊，以下是使用RSSI進(jìn)行測距的優(yōu)點(diǎn)：

（1）    使用RSSI測距方法的功耗更低；

（2）    成本低。RSSI測距與TOF測距方式相比，對時間系統(tǒng)的要求不高，且不受發(fā)送延遲、天線延遲等因素的影響，無需額外的硬件即可利用對接收無線信號的強(qiáng)度判斷來推到收發(fā)節(jié)點(diǎn)間的距離，因此硬件成本、軟件成本以及時間成本都相對較低；

（3）    使用方式簡單。一般來說，計算接收無線信號強(qiáng)度是商用無線收發(fā)芯片具備的功能，一般使用時只需要配置相關(guān)的寄存器或調(diào)用相關(guān)API即可。

RSSI測距方式的約束：

（1）    環(huán)境因素的影響。測距精度受障礙物、天氣、非測距信號等諸多因素的影響。舉例來說，若收發(fā)雙方存在障礙物（特別時金屬障礙物）時，電磁波的能量會被衰減；

（2）    無線信道多徑衰落造成的信號能量不穩(wěn)定

（3）    測量精度受天線方向性、天線增益等諸多的影響。

總的來說，RSSI測距適用于測試環(huán)境較空曠、環(huán)境干擾較小的場景，避免安裝在豎井內(nèi)或電磁環(huán)境復(fù)雜處，只有這樣才能提高通訊質(zhì)量，減少背景噪音等不可預(yù)測的干擾現(xiàn)象。在實際環(huán)境下，RSSI主要應(yīng)用于短距離測距、室內(nèi)定位中。

TOF測距

TOF的英文全稱為Time of Flight（空中時間），TOF測距技術(shù)是飛行時差測距的方法，傳統(tǒng)的測距技術(shù)分為雙向測距技術(shù)（Two Way Rang ing ）和單向測距技術(shù)（OneWay Ranging）。 TOF測距方法屬于雙向測距技術(shù)，它主要利用信號在兩個收發(fā)機(jī)之間往返的飛行時間來測量節(jié)點(diǎn)間的距離。
 

圖1  TOF測距原理

TOF測距優(yōu)點(diǎn)：

（1）    TOF 測距的方式為雙向測距，相比于單向測距，會降低測距誤差；

（2）    TOF 測距依賴于飛行時間，時間測量精度并不隨著測試距離的增加有明顯變化，性能較為穩(wěn)定，可以精確測量的距離更遠(yuǎn)；

TOF測距的誤差分析：

（1）    無線收發(fā)的間隔時間是很短的。在TOF測距方案中，距離測量依賴于時間的測量，但是光速高達(dá)30萬公里/秒，較小的時間誤差就會導(dǎo)致較大的距離誤差，因此要獲得精確的距離，對收發(fā)雙方的計時系統(tǒng)要求也就變得很高。

（2）    時間延遲。時間延遲包括發(fā)送延遲、接收延遲以及天線延遲。當(dāng)測距信號通過數(shù)字和模擬信號處理和調(diào)制后傳輸時，通過無線電的發(fā)射和接收會產(chǎn)生一定的延遲誤差。 天線發(fā)射信號/接收信號會有一定的延遲，且此延遲可能不是均勻的，因為在一個輻射方向所產(chǎn)生的延遲可能會不同于另一個輻射方向，且由于天線質(zhì)量的差異，不同天線的延遲時間會存在差異。

（3）    多路徑是指發(fā)射信號從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)經(jīng)過多次反射和衍射的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間存在障礙物時，這種影響會變得嚴(yán)重。

在實際的應(yīng)用中，無線信號總會受到很多不穩(wěn)定因素的干擾，在不同的應(yīng)用環(huán)境中受到的干擾也不相同，這些干擾因素會對無線信號的傳輸存在影響，進(jìn)而影響通信系統(tǒng)、測距系統(tǒng)或定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。以測距系統(tǒng)為例，為了讓測距結(jié)果更加精確，有必要對各個干擾因素進(jìn)行驗證，判斷其是否存在規(guī)律，能否通過補(bǔ)償來消除或減小干擾因素對測量結(jié)果的影響。