常見室內(nèi)定位技術(shù)對比，你了解嗎？

1. 室內(nèi)定位技術(shù)對比

2 .常見的室內(nèi)定位技術(shù)

2.1 超寬帶(UWB)技術(shù)

超寬帶技術(shù)是近年來新興一項(xiàng)全新的、與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異的通信無線新技術(shù)。它不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或微秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，從而具有3.1~10.6GHz量級的帶寬。目前，包括美國，日本，加拿大等在內(nèi)的國家都在研究這項(xiàng)技術(shù)，在無線室內(nèi)定位領(lǐng)域具有良好的前景。

UWB技術(shù)是一種傳輸速率高(最高可達(dá)1000Mbps以上)，發(fā)射功率較低，穿透能力較強(qiáng)并且是基于極窄脈沖的無線技術(shù)，無載波。正是這些優(yōu)點(diǎn)，使它在室內(nèi)定位領(lǐng)域得到了較為精確的結(jié)果。超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)常采用TDOA演示測距定位算法，就是通過信號到達(dá)的時間差，通過雙曲線交叉來定位的超寬帶系統(tǒng)包括產(chǎn)生、發(fā)射、接收、處理極窄脈沖信號的無線電系統(tǒng)。

而超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)則包括UWB接收器、UWB參考標(biāo)簽和主動UWB標(biāo)簽。定位過程中由UWB接收器接收標(biāo)簽發(fā)射的UWB信號，通過過濾電磁波傳輸過程中夾雜的各種噪聲干擾，得到含有效信息的信號，再通過中央處理單元進(jìn)行測距定位計算分析

UWB室內(nèi)定位結(jié)構(gòu)圖

超寬帶可用于室內(nèi)精確定位，例如戰(zhàn)場士兵的位置發(fā)現(xiàn)、機(jī)器人運(yùn)動跟蹤等。超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有穿透力強(qiáng)、功耗低、抗干擾效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用于室內(nèi)靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤與導(dǎo)航，且能提供十分精確的定位精度。

定位精度：根據(jù)不同公司使用的技術(shù)手段或算法不同，精度可保持在0.1 m~0.5 m。

2.2 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)通過測量信號強(qiáng)度進(jìn)行定位。這是一種短距離低功耗的無線傳輸技術(shù)，在室內(nèi)安裝適當(dāng)?shù)乃{(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)，把網(wǎng)絡(luò)配置成基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式，并保證藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)始終是這個微微網(wǎng)(piconet)的主設(shè)備，就可以獲得用戶的位置信息。藍(lán)牙技術(shù)主要應(yīng)用于小范圍定位，例如單層大廳或倉庫。藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小、易于集成在PDA、PC 以及手機(jī)中，因此很容易推廣普及。理論上，對于持有集成了藍(lán)牙功能移動終端設(shè)備的用戶，只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟，藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行位置判斷。采用該技術(shù)作室內(nèi)短距離定位時容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備且信號傳輸不受視距的影響。其不足在于藍(lán)牙器件和設(shè)備的價格比較昂貴，而且對于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號干擾大。

定位精度：根據(jù)不同公司使用的技術(shù)手段或算法不同，精度可保持在3 m~15 m。

缺陷：信號傳輸距離短。

2.3 超聲波定位技術(shù)

超聲波定位目前大多數(shù)采用反射式測距法。系統(tǒng)由一個主測距器和若干個電子標(biāo)簽組成，主測距器可放置于移動機(jī)器人本體上，各個電子標(biāo)簽放置于室內(nèi)空間的固定位置。定位過程如下：先由上位機(jī)發(fā)送同頻率的信號給各個電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽接收到后又反射傳輸給主測距器，從而可以確定各個電子標(biāo)簽到主測距器之間的距離，并得到定位坐標(biāo)。目前，比較流行的基于超聲波室內(nèi)定位的技術(shù)還有下面兩種：一種為將超聲波與射頻技術(shù)結(jié)合進(jìn)行定位。由于射頻信號傳輸速率接近光速，遠(yuǎn)高于射頻速率，那么可以利用射頻信號先激活電子標(biāo)簽而后使其接收超聲波信號，利用時間差的方法測距。這種技術(shù)成本低，功耗小，精度高。另一種為多超聲波定位技術(shù)。該技術(shù)采用全局定位可在移動機(jī)器人身上4個朝向安裝4個超聲波傳感器，將待定位空間區(qū)，由超聲波傳感器測距形成坐標(biāo)，總體把握數(shù)據(jù)，抗干擾性強(qiáng)，精度高，而且可以解決機(jī)器人迷路問題。

定位精度：超聲波定位精度可達(dá)厘米級，精度比較高。

缺陷：超聲波在傳輸過程中衰減明顯從而影響其定位有效范圍，且易受干擾。

2.4 紅外線定位技術(shù)

紅外線是一種波長間于無線電波和可見光波之間的電磁波。紅外線室內(nèi)定位技術(shù)定位的原理是，紅外線標(biāo)識發(fā)射調(diào)制的紅外射線，通過安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位。雖然紅外線具有相對較高的室內(nèi)定位精度，但是由于光線不能穿過障礙物，使得紅外射線僅能視距傳播。直線視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點(diǎn)使其室內(nèi)定位的效果很差。當(dāng)標(biāo)識放在口袋里或者有墻壁及其他遮擋時就不能正常工作，需要在每個房間、走廊安裝接收天線，造價較高。因此，紅外線只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內(nèi)的燈光干擾，在精確定位上有局限性。

典型的紅外線室內(nèi)定位系統(tǒng)Activebadges使待測物體附上一個電子標(biāo)，該標(biāo)識通過紅外發(fā)射機(jī)向室內(nèi)固定放置的紅外接收機(jī)周期發(fā)送該待測物唯一ID，接收機(jī)再通過有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫。這個定位技術(shù)功耗較大且常常會受到室內(nèi)墻體或物體的阻隔，實(shí)用性較低。如果將紅外線與超聲波技術(shù)相結(jié)合也可方便地實(shí)現(xiàn)定位功能。用紅外線觸發(fā)定位信號使參考點(diǎn)的超聲波發(fā)射器向待測點(diǎn)發(fā)射超聲波，應(yīng)用TOA基本算法，通過計時器測距定位。一方面降低了功耗，另一方面避免了超聲波反射式定位技術(shù)傳輸距離短的缺陷。使得紅外技術(shù)與超聲波技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)。

定位精度：紅外線定位精度可5 m ~10 m。

缺陷：紅外線在傳輸過程中易于受物體或墻體阻隔且傳輸距離較短，定位系統(tǒng)復(fù)雜度較高，有效性和實(shí)用性較其它技術(shù)仍有差距。

2.5 射頻識別技術(shù)(RFID)

射頻定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來非常方便，而且系統(tǒng)受環(huán)境的干擾較小，電子標(biāo)簽信息可以編輯改寫比較靈活。射頻識別技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識別和定位的目的。這種技術(shù)作用距離短，一般最長為幾十米。但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低。 RFID技術(shù)原理：射頻識別(RFID)技術(shù)是一種操控簡易，適用于自動控制領(lǐng)域的技術(shù)，它利用了電感和電磁耦合或雷達(dá)反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對被識別物體的自動識別。射頻(RF)是具有一定波長的電磁波，它的頻率描述為：kHz、MHz、GHz，范圍從低頻到微波不一。

RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：該系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽、射頻讀寫器、中間件以及計算機(jī)數(shù)據(jù)庫組成，結(jié)構(gòu)如下圖所示。射頻標(biāo)簽和讀寫器是通過由天線架起的空間電磁波的傳輸通道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。在定位系統(tǒng)應(yīng)用中，將射頻讀寫器放置在待測移動物體上，射頻電子標(biāo)簽嵌入到操作環(huán)境中。電子標(biāo)簽上存儲有位置識別的信息，讀寫器則通過有線或無線形式連接到信息數(shù)據(jù)庫。

RFID基本結(jié)構(gòu)圖

2.6 WIFI技術(shù)

無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)是一種全新的信息獲取平臺，可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位、監(jiān)測和追蹤任務(wù)，而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身定位是大多數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。當(dāng)前比較流行的Wi-Fi定位是無線局域網(wǎng)絡(luò)系列標(biāo)準(zhǔn)之IEEE802.11b的無線以太網(wǎng)已經(jīng)成的一種定位解決方案。在無線局域網(wǎng)中的AP接入點(diǎn)或是無線網(wǎng)卡都可以方便測得無線信號的強(qiáng)度，利用這一點(diǎn)可以通過匹配信號強(qiáng)度的方法進(jìn)行定位。位置指紋法是一種常用的無線局域網(wǎng)室內(nèi)定位技術(shù)，典型的系統(tǒng)是RADAR原型系統(tǒng)，由微軟研發(fā)?；赗SSI技術(shù)的RADAR室內(nèi)定位系統(tǒng)運(yùn)行分兩個過程，分別是先在系統(tǒng)覆蓋區(qū)域?qū)υO(shè)置的若干個AP固定點(diǎn)離線采集其位置信息以及信號強(qiáng)度，通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)中心形成位置指紋數(shù)據(jù)庫，再對實(shí)時待測物所測算得到信號強(qiáng)度利用最近鄰居法分析匹配出其位置。

某公司開發(fā)了能夠利用Wi-Fi進(jìn)行室內(nèi)定位的軟件。Wi-Fi繪圖的精確度大約在1米至20米的范圍內(nèi)，總體而言，它比蜂窩網(wǎng)絡(luò)三角測量定位方法更精確。但是，如果定位的測算僅僅依賴于哪個Wi-Fi的接入點(diǎn)最近，而不是依賴于合成的信號強(qiáng)度圖，那么在樓層定位上很容易出錯。目前，它應(yīng)用于小范圍的室內(nèi)定位，成本較低。但無論是用于室內(nèi)還是室外定位，Wi-Fi收發(fā)器都只能覆蓋半徑90米以內(nèi)的區(qū)域，而且很容易受到其他信號的干擾，從而影響其精度，定位器的能耗也較高。

精度：2 m ~10 m。

缺陷：采集數(shù)據(jù)工作量大，而且為了達(dá)到較高的精度，固定點(diǎn)AP的位置測算設(shè)置比較繁瑣。

2.7 ZigBee技術(shù)

ZigBee(IEEE 802.15.4)是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它介于射頻識別和藍(lán)牙之間，也可以用于室內(nèi)定位。主要面向無線個人區(qū)域網(wǎng)(PAN)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在應(yīng)用中表現(xiàn)出近距離，低功耗，低成本等特征，這些都可以滿足室內(nèi)定位系統(tǒng)的要求和條件。應(yīng)用ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)是通過在傳感器網(wǎng)絡(luò)中布置參考節(jié)點(diǎn)，移動節(jié)點(diǎn)構(gòu)成系統(tǒng)的，參考節(jié)點(diǎn)為靜態(tài)節(jié)點(diǎn)，它們發(fā)送位置信息和RSSI值給移動待測節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)寫入定位模塊，分析計算得到自身位置。該系統(tǒng)常采用分布式節(jié)點(diǎn)設(shè)置，可以減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)工作量和通信延遲的問題。ZigBee最顯著的技術(shù)特點(diǎn)是它的低功耗和低成本。

精度：2 m ~5 m。

缺陷：網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性還有待提高，易受環(huán)境干擾。

除了以上提及的定位技術(shù)，還有基于計算機(jī)視覺、光跟蹤定位、基于圖像分析、磁場以及信標(biāo)定位等。此外，還有基于圖像分析的定位技術(shù)、信標(biāo)定位、三角定位等。目前很多技術(shù)還處于研究試驗(yàn)階段，如基于磁場壓力感應(yīng)進(jìn)行定位的技術(shù)。