UWB:DS-TWR( Double-sided two-way ranging)双边测距公式推导:为啥是乘法?

UWB DS-TWR( Double-sided two-way ranging)双边测距为啥是乘法??

公式:

我们先看单边 Single-Sided Two-Way Ranging (SS-TWR)

单边很好理解。

symmetric double-sided TWR (SDS-TWR)对称的双边测距

再看双边

Tround1 = Tprop x2 + Treply1

Tround2 = Tprop x2 + Treply2

以上2个等式左右直接相加,即可得到以下:

Tprop = 1/4 ((Tround1 - Treply1) + (Tround2 - Treply2))

这个是最自然的计算公式symmetric double-sided TWR (SDS-TWR)对称的双边测距。但是协议没有用这个等式。

alternative double-sided TWR (AltDS-TWR)替代双边测距

AltDS把以上2个等式左右直接相乘。

Tround1 x Tround2  = (Tprop x2 + Treply1) x (Tprop x2 + Treply2)

Tround1 x Tround2 = Tprop^2 x4 + Treply1 x Tprop x2 + Tprop x2 x Treply2 + Treply1 x Treply2

Tround1 x Tround2 - Treply1 x Treply2 = Tprop^2 x4 + Treply1 x Tprop x2 + Tprop x2 x Treply2

Tround1 x Tround2 - Treply1 x Treply2 = Tprop x (Tprop x4 +Treply1  x2 + Treply2 x2)

Tround1 x Tround2 - Treply1 x Treply2 = Tprop x (Tprop x2 +Treply1  x2 + Tprop x2+ Treply2 x2)

Tround1 x Tround2 - Treply1 x Treply2 = Tprop x (Tprop x2 +Treply1 + Tprop x2+ Treply2 + Treply1 +Treply2 )

Tround1 x Tround2 - Treply1 x Treply2 = Tprop x (Tround1 + Tround2 + Treply1 +Treply2 )

最后:

总结:AltDS-TWR最好

在过去,symmetric double-sided TWR (SDS-TWR)对称的双边测距非常流行。当回复时间(treplyA 和 treplyB)对称时,它在时钟漂移方面提供了令人印象深刻的TOF(飞行时间)误差输出。

相比之下,我们发现AltDS-TWR方法在任何测试条件下都能很好地抵抗时钟漂移。一般来说,在评估的每一种TWR方法中,任何条件下都期望有最小的回复时间(Treply1和Treply2)和往返时间的相对延迟误差。

AltDS-TWR可以用于基于UWB(超宽带)的体育分析中的体传感器网络,其中需要访问来自移动节点的位置和传感器数据以在中心服务器(教练)处分析运动员的表现。请注意,在这种场景下,根据硬件的不同,从传感器读取数据可能需要不可预测的处理时间。

此外,由于AltDS-TWR在回复时间变化和时钟漂移方面表现出鲁棒性,因此在现实场景中它更受欢迎。因此,我们得出结论,在我们在不同场景下进行的数值和实验开发评估中,AltDS-TWR方法在四种评估的TWR方法中的性能最为可靠。

因此,IEEE最终选择了AltDS-TWR。

参考:   [PDF] Numerical and Experimental Evaluation of Error Estimation for Two-Way Ranging Methods † | Semantic Scholar

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