室内GPS定位技术
GPS是目前应用最为广泛的定位技术。当 GPS接收机在室内工作时,由于 信号受建筑物的影响而大大衰减,定位精度也很低,要想达到室外一样直接从 卫星广播中提取导航数据和时间信息是不可能的。为了得到较高的信号灵敏 度,就需要延长在每个码延迟上的停留时间, 于实现快速定位。
利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大,且定位导航信号免费。 缺点是定位信号到达地面时较弱,不能穿透建筑物,而且定位器终端的成本较 高。
室内无线定位技术
随着无线通信技术的发展,新兴的无线网络技术,例如 和超宽带等,在办公室、家庭、工厂等得到了广泛应用。
——红外线室内定位技术。红外线室内定位技术定位的原理是,红外线 IR 标识发射调制的红外射线,通过安装在室内的光学传感器接收进行定位。虽然 红外线具有相对较高的室内定位精度,但是由于光线不能穿过障碍物,使得红 外射线仅能视距传播。直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位 的效果很差。当标识放在口袋里或者有墙壁及其他遮挡时就不能正常工作,需 要在每个房间、走廊安装接收天线,造价较高。因此,红外线只适合短距离传 播,而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰,在精确定位上有局限性。
——超声波定位技术。超声波测距主要采用反射式测距法,通过三角定位 等算法确定物体的位置,即发射超声波并接收由被测物产生的回波,根据回波 与发射波的时间差计算出待测距离,有的则采用单向测距法。超声波定位系统 可由若干个应答器和一个主测距器组成,主测距器放置在被测物体上,在微机 指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号,应答器在收 到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号,得到主测距器与各个应答器 之间的距离。当同时有 3个或 3个以上不在同一直线上的应答器做出回应时, 可以根据相关计算确定出被测物体所在的二维坐标系下的位置。
WiFi、ZigBee蓝牙
A-GPS技术为这个问题的解决提供
了可能性。室内GPS技术采用大量的相关器并行地搜索可能的延迟码,同时也 有助
1/ 4
超声波定位整体定位精度较高,结构简单,但超声波受多径效应和非视距 传播影响很大,同时需要大量的底层硬件设施投资,成本太高。
蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在 P
DA、PC以及手机中,因此很容易推广普及。理论上,对于持有集成了蓝牙 功能移动终端设备的用户,只要设备的蓝牙功能开启,蓝牙室内定位系统就能 够对其进行位置判断。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传 输不受视距的影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵,而且对于复 杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰大。 ——射频识别技 术。射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和 定位的目的。这种技术作用距离短,一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内 得到厘米级定位精度的信息,且传输范围很大,成本较低。同时由于其非接触 和非视距等优点,可望成为优选的室内定位技术。目前,射频识别研究的热点 和难点在于理论传播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化等问题。优点 是标识的体积比较小,造价比较低,但是作用距离近,不具有通信能力,而且 不便于整合到其他系统之中。
——超宽带技术。超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异 的通信新技术。
它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳 秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从而具有 GHz量级的带宽。超宽带可用于室 内精确定位,例如战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。
超宽带系统与传统的窄带系统相比,具有穿透力强、功耗低、抗多径效果 好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此,超宽带技 术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航,且能提供十分 精确的定位精度。
――Wi-Fi技术。无线局域网络(WLAN是一种全新的信息获取平台,可以在 广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务,而网络节点自身 定位是大多数应用的基础和前提。当前比较流行的 Wi-Fi定位是无线局域网络系 列标准之 I
2/ 4
EEE802.1啲一种定位解决方案。该系统采用经验测试和信号传播模型相结 合的方式,易于安装,需要很少基站,能采用相同的底层无线网络结构,系统 总精度高。
芬兰的Ekahau公司开发了能够利用 Wi-Fi进行室内定位的软件。Wi-Fi绘图 的精确度大约在 1 米至 20 米的范围内,总体而言,它比蜂窝网络三角测量定位 方法更精确。但是,如果定位的测算仅仅依赖于哪个 Wi-Fi的接入点最近,而不 是依赖于合成的信号强度图,那么在楼层定位上很容易出错。目前,它应用于 小范围的室内定位,成本较低。但无论是用于室内还是室外定位, 度,定位器的能耗也较高。
――ZigBee技术。ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,它介 于射频识别和蓝牙之间,也可以用于室内定位。它有自己的无线电标准,在数 千个微小的传感器之间相互协调通信以实现定位。这些传感器只需要很少的能 量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以 它们的通信效率非常高。ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。
除了以上提及的定位技术,还有基于计算机视觉、光跟踪定位、基于图像 分析、磁场以及信标定位等。此外,还有基于图像分析的定位技术、信标定 位、三角定位等。目前很多技术还处于研究试验阶段,如基于磁场压力感应进 行定位的技术。
不管是GPS定位技术还是利用无线传感器网络或其他定位手段进行定位都 有其局限性。未来室内定位技术的趋势是卫星导航技术与无线定位技术相结 合,将GPS定位技术与无线定位技术有机结合,发挥各自的优长,则既可以提 供较好的精度和响应速度,又可以覆盖较广的范围,实现无缝的、精确的定 位。 Nanotron 公司推出
2.4GHz ISM频段的射频收发器模块及 NA5TR1(Na noLoc芯片,该产品为具有 远距离定位能力的低功耗、高精度无线射频器件,距离可达 800米,特别适用 于物流管控(RTLS实时物流供应/有源RFID)工业监测和控制,医疗和安全网 络。
nan oLOC采用了该公司的宽带线性调频扩频(CSS全球专利技术,可灵活地
Wi-F i收发器
都只能覆盖半径 90米以内的区域,而且很容易受到其他信号的干扰,从而影响 其精
3/ 4