Время прибытия ( TOA или ToA ) — это абсолютный момент времени, когда радиосигнал, исходящий от передатчика, достигает удаленного приемника. Промежуток времени, прошедший с момента передачи ( TOT или ToT ), — это время пролета (TOF или ToF). Разница во времени прибытия ( TDOA ) — это разница между TOA.
Многие радиолокационные системы используют измерения TOA для выполнения геопозиционирования с помощью мультилатерации истинного диапазона . Истинный диапазон или расстояние можно напрямую рассчитать из TOA, поскольку сигналы распространяются с известной скоростью . TOA от двух базовых станций сузит позицию до круга позиции ; данные от третьей базовой станции требуются для разрешения точного положения до одной точки. Методы TDOA, такие как мультилатерация псевдодальности, используют измеренную разницу во времени между TOA.
Эта концепция может быть применена как с IEEE 802.15.4a CSS, так и с модуляцией IEEE 802.15.4aUWB. [1]
Как и в случае с TDOA, важна синхронизация базовой станции сети с опорными станциями определения местоположения. Эта синхронизация может быть выполнена разными способами:
Двустороннее измерение дальности является кооперативным методом определения дальности между двумя радиоприемопередающими устройствами. Когда синхронизация генераторов задействованных передатчиков невозможна , поэтому часы различаются, то применение измерения в качестве двухстороннего перемещения к приемнику и зеркального отражения обратно к передатчику компенсирует некоторые фазовые различия между задействованными генераторами. Эта концепция применяется с концепцией системы определения местоположения в реальном времени (RTLS), как определено в международном стандарте ISO/IEC FCD 24730-5. [2]
Предположим, что система наблюдения вычисляет разницу во времени ( для ) волновых фронтов, касающихся каждого приемника. Уравнение TDOA для приемников и имеет вид (где скорость распространения волны и истинные расстояния между транспортным средством и приемником равны и )
Эту величину часто называют псевдодальностью. Она отличается от истинной дальности между транспортным средством и станцией на смещение или смещение, которое одинаково для каждого сигнала. Разность двух псевдодальностей дает разность тех же двух истинных дальностей.
Рисунок 4а (первые два графика) показывает моделирование формы импульсной волны, записанной приемниками и . Расстояние между , и таково, что импульсу требуется на 5 единиц времени больше, чем . Единицы времени на рисунке 4 произвольны. В следующей таблице приведены приблизительные единицы шкалы времени для записи различных типов волн:
Красная кривая на рисунке 4a (третий график) — это функция кросс-корреляции . Функция кросс-корреляции скользит по одной кривой во времени по другой и возвращает пиковое значение, когда формы кривых совпадают. Пик в момент времени = 5 — это мера временного сдвига между записанными формами волн, что также является значением, необходимым для уравнения 3 .
Рисунок 4b показывает тот же тип моделирования для широкополосной формы волны от излучателя. Временной сдвиг составляет 5 единиц времени, поскольку геометрия и скорость волны такие же, как в примере на рисунке 4a. Опять же, пик в кросс-корреляции приходится на .
Рисунок 4c является примером непрерывной узкополосной формы волны от излучателя. Функция взаимной корреляции показывает важный фактор при выборе геометрии приемника. Пик приходится на время = 5 плюс каждое приращение периода формы волны. Чтобы получить одно решение для измеренной разницы во времени, наибольшее расстояние между любыми двумя приемниками должно быть ближе, чем одна длина волны сигнала излучателя. Некоторые системы, такие как LORAN C и Decca, упомянутые ранее (вспомним те же математические расчеты для движущегося приемника и нескольких известных передатчиков), используют расстояние больше 1 длины волны и включают оборудование, такое как фазовый детектор , для подсчета количества циклов, проходящих при движении излучателя. Это работает только для непрерывных узкополосных форм волны из-за связи между фазой , частотой и временем :
Фазовый детектор увидит изменения частоты как измеренный фазовый шум , который будет неопределенностью, распространяющейся в вычисленное местоположение. Если фазовый шум достаточно велик, фазовый детектор может стать нестабильным.
Навигационные системы используют похожие, но немного более сложные методы, чем системы наблюдения, для получения разностей задержек. Главное изменение заключается в том, что навигационные системы DTOA взаимно коррелируют каждый полученный сигнал с сохраненной копией переданного сигнала (а не с другим полученным сигналом). Результат дает задержку времени полученного сигнала плюс смещение пользовательских часов (псевдодальность, масштабированная на ). Разность результатов двух таких вычислений дает искомую разность задержек ( в уравнении 3 ).
Навигационные системы TOT выполняют аналогичные вычисления, что и навигационные системы TDOA. Однако последний шаг, вычитание результатов одной кросс-корреляции из другой, не выполняется. Таким образом, результатом являются задержки времени принимаемого сигнала плюс смещение пользовательских часов ( в уравнении 3 ).
