【问题标题】:Trilateration of a signal using Time Difference(TDOA)使用时间差 (TDOA) 对信号进行三边测量
【发布时间】:2016-07-10 15:01:00
【问题描述】:

我在查找或实现查找信号源的算法时遇到了一些麻烦。我的工作目标是找到发声器的位置。

为此,我使用了三个振动传感器。我使用的技术是基于到达时间差的多点定位。

使用接收信号的互相关计算每个传感器之间的到达时间差。

我已经实现了找到到达时间差的算法,但我的问题更多是关于多点定位的工作原理,根据我的参考,我不清楚,而且我找不到任何其他免费的好参考/打开。

我看到了这个帖子Trilateration using TDOA 但是我不知道如何求解多点定位的维基百科页面的方程组(7),因为我只有三个 TDOA。

对此的任何帮助将不胜感激

【问题讨论】:

    标签: algorithm math signal-processing sensors trilateration


    【解决方案1】:

    您有三个传感器坐标A,B,C,未知信号源坐标P,未知信号开始时间t0,以及三次信号注册ta, tb, tc

    示例:让我们传感器 A 在 12:00:05 捕获信号,传感器 B - 在 12:00:00,传感器 C - 12:00:07。所以分配时差:ta=5, tb=0, tc=7

    从传感器到源的平方距离对应于信号以v 速度行走的时间(speed of sound 在空气或其他环境中)

    (Ax-Px)^2 + (Ay-Py)^2 = (v*(ta-t0))^2   {1}
    (Bx-Px)^2 + (By-Py)^2 = (v*(tb-t0))^2   {2}
    (Cx-Px)^2 + (Cy-Py)^2 = (v*(tc-t0))^2   {3}
    

    打开括号,然后减去方程({2}-{1}、{3}-{2}、{1}-{3})以丢弃未知项的平方。

     Ax^2-2*Ax*Px + Px^2 + Ay^2-2*Ay*Py + Py^2 = v^2*(ta^2 - 2*ta*t0 + t0^2)
     Bx^2-2*Bx*Px + Px^2 + By^2-2*By*Py + Py^2 = v^2*(tb^2 - 2*tb*t0 + t0^2)
     Cx^2-2*Cx*Px + Px^2 + Cy^2-2*Cy*Py + Py^2 = v^2*(tc^2 - 2*tc*t0 + t0^2)
    
     Bx^2-Ax^2 -2*(Bx-Ax)*Px + By^2-Ay^2 -2*(By-Ay)*Py = v^2*(tb^2-ta^2 -2*(tb-ta)*t0)    {1'}
     Cx^2-Bx^2 -2*(Cx-Bx)*Px + Cy^2-By^2 -2*(Cy-By)*Py = v^2*(tc^2-tb^2 -2*(tc-tb)*t0)    {2'}
     Ax^2-Cx^2 -2*(Ax-Cx)*Px + Ay^2-Cy^2 -2*(Ay-Cy)*Py = v^2*(ta^2-tc^2 -2*(ta-tc)*t0)    {3'}
    

    现在你有了three linear equations 的系统,其中包含三个未知数。它可能会通过一些广泛使用的算法来解决 - Gauss eliminationLU decomposition 等。

    请注意,求解精度很大程度上取决于坐标和时间测量中的小误差(这种方法不是很稳健)。

    【讨论】:

    • 速度 v = 峰值吗? ,对于 t0 我如何得到它?和 Ta= AB 的 TDOA 和 BC 的 Tb 和 AC 的 TC?
    • v 是声速。 t0 是未知值,你会发现它是一个副作用。 ta,tb,tc 是信号注册时刻。您可以将零分配给最早的时间,并将这一时刻的差异分配给其他时间。添加了示例。
    • 好吧,我有 Tbc = 88ms,Tab =44ms 和 Tac=44ms 对吗?我通过 a,b,c 信号之间的互相关找到了这些,所以 P 的 t0 和 x,y ,我必须找到其中的三个,否则 t0 将在减去不同的方程后被删除?然后我有振动传感器,它是否也有像声速一样的速度?如果确实如此,在正常环境中意味着在空气中,它是否像某种统一的东西?感谢并抱歉给您带来了困扰:)
    • 如果振动传感器和声源都安装在坚硬的地面(如地震探测器),则必须考虑该地面的声速。我不清楚 - 第一个传感器是什么?
    • 就像他们两个都在桌子上,振动源就像敲击桌子一样。第一个是 B 所以它应该是 tb =0 ,ta = 44 和 tc =44?
    【解决方案2】:

    在几何上,双曲线表示两点之间的距离差恒定的点云。你有 3 分,但如果成对计算,3 个可能的对之间的时间差将允许你绘制 3 个双曲线。在绘图上寻找双曲线相交处或之间的点。或者求解等价代数(最小二乘)。

    【讨论】:

    • 如何绘制 3 个具有 3 个时差的超膨胀?
    • 任何帮助将不胜感激。
    • 听起来不错!!请帮助我们说明您的意思。
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