基于CSS技术的SDS-TWR定位算法的学习
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节点A 节点B
T1
T2
T4
T3
11
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
下面来分析DSD-TWR测距算法的误差：
12
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
测距信号实际的传播时延为：
假设A,B节点的时钟偏频差为40ppm， A,B两节点的响应时间差为0.1ms ,则测距误差为0.3m，比较TWR算法， 测距精度大大提高了。
How
How the SDS-TWR
algorithm works?
2
What is CSS & SDS-TWR?
CSS:Chirp Spread Spectrum,即线性调频频谱， 相对于ZigBee，Wi-Fi，RFID等，CSS是比较新 的定位技术。 SDS-TWR： Symmetrical Double-Sided Two Way Ranging，即对称双面双向测距，是TWR （双向测距）测距算法的改进版本。SDS-TWR 算法是基于TOA进行测距的。
前面介绍的TWR测距算法误差较大，基于TWR的 思想，提出了一种对称双向双边测距法（SDSTWR），也就是在TWR测距法的基础上再进行一 次反向的TWR过程，来回的过程就可以得到四个 时间值，下面给出DSD-TWR测距过程原理图：
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How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
• 抗干扰能力强
使用CSS和 SDS-TWR技术 的优点
• 测量范围广
系统功率低，如果以 每分钟定位一次的速 度定位，每个节点的 功耗低至13mw
• 系统功率低
测量范围：户外可以达到 900m的有效测距距离， 室内可以达到60m的有效 测距距离，通过增加射频 功率，户外可以达到9002400m的测距距离。 5
155.99 187.04
140.34
156.78 187.98
通过仿真图可以看到
8
9 10
25源自文库.04
364.99 457.16
256.78
365.89 457.98
20
40
15
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
TWR测距误差仿真分析图
SDS-TWR测距误差仿真分析图
WI-FI 1-20m
高 高 复杂 10m100m
红外 线 房间 大小
较低 中 复杂 房间 大小
超声 波
蓝牙
ZigBee
RFID 3-5m
低 低 简单 30m
超宽 带 10Cm
较高 较低 复杂 50m
CSS 1-3m
低 低 中 90m800m
10Cm 3-10m 3-10m
较高 高 复杂 50m 高 高 复杂 10m 低 低 简单 50m100m
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
TWR（双向测距法）
节点A（基站） 节点B（未知节点）
开始准备测量
节点A收到Ｂ 发送的确认帧 停止计时
图1.TWR测距过程
6
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
（2）
7
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
针对TWR和DSD-TWR测距算法，我在matlab平 编号 TWR SDS-TWR 台下进行了仿真分析，实验中我设定了10组数据 51.21 51.99 1 来对这两种算法进行测距误差分析：
2
3 4 数据
59.56
100.88 119.89
60.87
101.33 120.56 2 10
5
6 7
139.87
3
why do we use CSS&SDS-TWR？
Why do we use CSS&SDS-TWR technology？
技术 精度
成本 功耗 复杂度 定位 范围 反应 时间 适用 场景
GPS
蜂窝 定位 550m10m 100m
很高 较高 中 中 很复 复杂 杂 全球 基站覆 室外 盖范围 定位
13
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
针对TWR和SDS-TWR两种测距算法，我在 matlab平台下进行了仿真分析，实验中我设定了 10组数据，来比较这两种测距算法的误差值。具 体数据见下面的表格：
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How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
秒级
室外
秒级
室外
秒级
室内
秒级
室内
毫秒级
室内
秒级
室内
毫秒级
室内
毫秒级
室内
毫秒级
室内
秒级
室内 室外 4
why do we use CSS&SDS-TWR？
CSS宽频谱系统具 有很强的抗干扰性 • 定位精度高 定位精度：具有0.6-2m的测 距精度，户外可以达到1.5m 的测距精度和0.75m的定位 精度，室内可以达到2m的测 距精度和1m的定位精度。
16
Question？
通过SDS-TWR测距算法可以得到比较精确的距 离信息，如何对未知节点进行定位呢？
我的想法是通过多个基站同时对未 知节点进行测距，然后根据距离信 息求出未知节点的坐标。
17
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【1】时钟偏频：IEEE802/15.4a规定了设备的时钟偏频应小于40ppm
8
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
根据上面得到的式子 就可以得到未知节点到基站的距离：
我们还可以根据计算出来的时间误差公式表示出测 距误差：
9
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
LOGO
基于CSS技术的SDS-TWR定位算法的 学习
Addresser：Jian Zou Advisor: Wei Liu Date: Mar,16th ,2012
1
Content
what What
is CSS & SDS-TWR？
Why
Why use CSS technology and SDS-TWR algorithm？
T1
T2
T4
T3
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How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
下面来分析DSD-TWR测距算法的误差：
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How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
测距信号实际的传播时延为：
假设A,B节点的时钟偏频差为40ppm， A,B两节点的响应时间差为0.1ms ,则测距误差为0.3m，比较TWR算法， 测距精度大大提高了。
How
How the SDS-TWR
algorithm works?
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What is CSS & SDS-TWR?
CSS:Chirp Spread Spectrum,即线性调频频谱， 相对于ZigBee，Wi-Fi，RFID等，CSS是比较新 的定位技术。 SDS-TWR： Symmetrical Double-Sided Two Way Ranging，即对称双面双向测距，是TWR （双向测距）测距算法的改进版本。SDS-TWR 算法是基于TOA进行测距的。
前面介绍的TWR测距算法误差较大，基于TWR的 思想，提出了一种对称双向双边测距法（SDSTWR），也就是在TWR测距法的基础上再进行一 次反向的TWR过程，来回的过程就可以得到四个 时间值，下面给出DSD-TWR测距过程原理图：
10
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
• 抗干扰能力强
使用CSS和 SDS-TWR技术 的优点
• 测量范围广
系统功率低，如果以 每分钟定位一次的速 度定位，每个节点的 功耗低至13mw
• 系统功率低
测量范围：户外可以达到 900m的有效测距距离， 室内可以达到60m的有效 测距距离，通过增加射频 功率，户外可以达到9002400m的测距距离。 5
155.99 187.04
140.34
156.78 187.98
通过仿真图可以看到
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25源自文库.04
364.99 457.16
256.78
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How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
TWR测距误差仿真分析图
SDS-TWR测距误差仿真分析图
WI-FI 1-20m
高 高 复杂 10m100m
红外 线 房间 大小
较低 中 复杂 房间 大小
超声 波
蓝牙
ZigBee
RFID 3-5m
低 低 简单 30m
超宽 带 10Cm
较高 较低 复杂 50m
CSS 1-3m
低 低 中 90m800m
10Cm 3-10m 3-10m
较高 高 复杂 50m 高 高 复杂 10m 低 低 简单 50m100m
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
TWR（双向测距法）
节点A（基站） 节点B（未知节点）
开始准备测量
节点A收到Ｂ 发送的确认帧 停止计时
图1.TWR测距过程
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How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
（2）
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How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
针对TWR和DSD-TWR测距算法，我在matlab平 编号 TWR SDS-TWR 台下进行了仿真分析，实验中我设定了10组数据 51.21 51.99 1 来对这两种算法进行测距误差分析：
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3 4 数据
59.56
100.88 119.89
60.87
101.33 120.56 2 10
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6 7
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why do we use CSS&SDS-TWR？
Why do we use CSS&SDS-TWR technology？
技术 精度
成本 功耗 复杂度 定位 范围 反应 时间 适用 场景
GPS
蜂窝 定位 550m10m 100m
很高 较高 中 中 很复 复杂 杂 全球 基站覆 室外 盖范围 定位
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How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
针对TWR和SDS-TWR两种测距算法，我在 matlab平台下进行了仿真分析，实验中我设定了 10组数据，来比较这两种测距算法的误差值。具 体数据见下面的表格：
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How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
秒级
室外
秒级
室外
秒级
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毫秒级
室内
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毫秒级
室内
毫秒级
室内
毫秒级
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室内 室外 4
why do we use CSS&SDS-TWR？
CSS宽频谱系统具 有很强的抗干扰性 • 定位精度高 定位精度：具有0.6-2m的测 距精度，户外可以达到1.5m 的测距精度和0.75m的定位 精度，室内可以达到2m的测 距精度和1m的定位精度。
16
Question？
通过SDS-TWR测距算法可以得到比较精确的距 离信息，如何对未知节点进行定位呢？
我的想法是通过多个基站同时对未 知节点进行测距，然后根据距离信 息求出未知节点的坐标。
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【1】时钟偏频：IEEE802/15.4a规定了设备的时钟偏频应小于40ppm
8
How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
根据上面得到的式子 就可以得到未知节点到基站的距离：
我们还可以根据计算出来的时间误差公式表示出测 距误差：
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How the TWR&SDS-TWR algorithm work？
LOGO
基于CSS技术的SDS-TWR定位算法的 学习
Addresser：Jian Zou Advisor: Wei Liu Date: Mar,16th ,2012
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Content
what What
is CSS & SDS-TWR？
Why
Why use CSS technology and SDS-TWR algorithm？