到達時間差

到達時間差（Time Difference of Arrival，縮寫TDOA）是一種無線定位技術。

簡介

TDOA（到達時間差）是通過檢測信號到達兩個基站的時間差來確定移動目標的位置，只需要基站之間進行時間同步，而沒有目標和基站之間的時間同步要求。採用三個不同的基站可以測到兩個TDOA，移動站位於兩個TDOA決定的雙曲線的交點上。 該定位技術可應用於各種移動通信系統，尤其適用於CDMA系統，CDMA系統用擴頻方式將信號頻譜擴展到很寬的範圍，使系統具有較強的抗多徑能力。CDMA屬非功率敏感系統"信號衰減對時間測量的精度影響較小。TDOA法優點之一是:當計算TDOA值時，計算誤差對所有的基站是相同的且其和為零，這些誤差包括公共的多徑時延和同步誤差。 但由於功率控制造成離服務基站近的移動台發射功率小，使得與服務基站相鄰的參與定位的另一基站接收到的功率非常小（即相鄰基站的SNR太小），造成比較大的測量誤差。

TDOA定位方法應該與以下方法區分開來：

• 三邊測量法。通過測量目標到三個或三個以上的基站的距離，運用幾何原理求解目標位置。
• 三角測量法。通過測量目標與固定基準線上的基站的角度確定目標位置，而不直接測量距離。
• 方向測量。只測量目標相對基站方向，不測量距離。

算法

TDOA算法是對TOA算法的改進，他不是直接利用信號到達時間，而是用多個基站接收到信號的時間差來確定移動台位置，與TOA算法相比他不需要加入專門的時間戳，定位精度也有所提高。TDOA值的獲取一般有2種形式： 第1種形式是利用移動台到達2個基站的時間TOA，取其差值來獲得，這時仍需要基站時間的嚴格同步，但是當兩基站間移動信道傳輸特性相似時，可減少由多徑效應帶來的誤差，如圖3所示。 根據到達時間差獲得的TDOA方程為：

${\begin{aligned}&{\sqrt {(x-x_{1})^{2}+(y-y_{1})^{2}}}-{\sqrt {(x-x_{3})^{2}+(y-y_{3})^{2}}}\\=\,&c(t_{1}-t_{3})\\&{\sqrt {(x-x_{2})^{2}+(y-y_{2})^{2}}}-{\sqrt {(x-x_{3})^{2}+(y-y_{3})^{2}}}\\=\,&c(t_{2}-t_{3})\end{aligned}}$

TDOA算法

第2種形式是將一個移動台接收到的信號與另一個移動台接收到的信號進行相關運算，從而得到TDOA的值，這種算法可以在基站和移動台不同步時，估計出TDOA的值，由於實際應用中，往往很難做到基站與移動台的同步，所以利用相關估計得到TDOA值，再進行定位計算能獲得較高精度。對於蜂窩網中的移動台定位而言，TDOA更具有實際意義，這種方法對網絡的要求相對較低，並且定位精度較高，目前已經成為研究的熱點。

TDOA示意圖