《用于蜂群相对定位的射频测距技术》64页技术报告

与同类的单个智能体相比，智能体群具有很多优势。优势之一是智能体群能够相对于群体进行定位，利用众多智能体之间的空间关系获得准确的相对位置信息。这在全球定位系统失效、定位选择有限的环境中尤为重要。相对定位有许多应用，如避免碰撞、编队飞行和模式化武器投放。此外，即使只知道几个智能体的绝对位置，也可将相对定位转化为绝对定位。有许多技术可用于相对定位，包括射频、超声波和光学技术。本报告重点评估用于虫群定位的射频双向测距 (TWR) 产品。

超声波技术已被证明非常精确，但其典型的最大范围只有几米，不适合许多蜂群应用。还有多种光学系统可用于测距。基于激光的系统非常精确，但视场（FOV）通常较小。最近开发的飞行时间照相机具有更宽的视场，但测量范围较小。立体相机可用于测距，单相机也可用于测量已知标记的大小，但由于硬件和图像处理要求较高，很难集成到小型嵌入式系统中。与其他技术相比，射频测距通常具有较大的视场角和较远的距离。除射频 TWR 外，还可使用射频到达角 (AOA)、到达时间 (TOA) 和到达时差 (TDOA) 实现定位。AOA 系统需要校准天线阵列，这限制了合适商业解决方案的可用性。TOA 和 TDOA 系统也已证明能提供可靠的测距结果，但它们需要专门的基础设施来实现智能体之间必要的时间同步。使用接收信号强度指示器（RSSI）也可估算距离，但这种方法通常精度较低。

与其他技术相比，射频双向无线电通信产品有许多优点，包括以下几点：

低成本商业产品
功率低
体积小
精度与 GPS 相当
宽视场角
测距距离远
除测距外，还支持无线通信

一些缺点包括易受干扰，以及在弹药等小型定制平台上可能存在天线集成问题。考虑到蜂群很可能具有无线网络功能，因此没有理由不将射频信号用于测距和通信。射频 TWR 产品通常分为两类：超宽带 (UWB) 和窄带 (NB)。超宽带产品精度较高，但由于发射（TX）功率的限制，测距距离较短。窄带（NB）产品精度较低，但范围较长，可通过外部放大进一步扩展。此外，由于可用频隙较多，理论上使用 NB 测距更容易跳频以防止干扰。鉴于 NB 测距的优势，我们选择了 Atmel REB233SMAD 和 Nanotron Swarm BEE LE（低能耗）这两种主要的 NB 测距商业产品进行评估。

首先介绍了 Atmel 产品，对其进行了简要评估，然后拒绝将其用于蜂群定位。然后对 Nanotron 产品进行了更全面的评估。介绍了用于蜂群测距的联网方案。为测试该方案的可行性，开发了一个使用 2 个 Nanotron 套件的实验装置。对受控实验室环境和室外环境中的测试数据进行了展示和分析。最后，为 6 个智能体的蜂群定位设计了一个实验装置。对定位技术进行了讨论，并展示和分析了实验数据。