常用的室內(nèi)定位技術(shù)對比(上)
隨著各類電子與通信技術(shù)的飛速發(fā)展,定位技術(shù)也出現(xiàn)“百花齊放,百家爭鳴”的研發(fā)和產(chǎn)品市場的繁榮局面。高精度定位技術(shù)可以分為兩類:第一類為基于外置信源的室內(nèi)定位技術(shù),這類技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于外置信源,主要包括WiFi、藍(lán)牙、超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)、蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)和偽衛(wèi)星;第二類為基于天然信源的室內(nèi)定位技術(shù),這類技術(shù)僅依靠終端的傳感器即可實(shí)現(xiàn)定位,包括慣性導(dǎo)航、地磁導(dǎo)航等。為便于讀者清晰地縱然全局,把握技術(shù)特性,總結(jié)和對比各類定位技術(shù)特性如下:
(1)RFID 定位
RFID 定位技術(shù)采用電磁波來進(jìn)行無線通信。RFID 在進(jìn)行室內(nèi)定位時(shí)遵循“鄰近思根”。整個(gè)定位系統(tǒng)由閱讀器和標(biāo)簽兩部分組成,標(biāo)簽用于存儲信息,閱讀器用于讀寫標(biāo)簽內(nèi)的信息。閱讀器發(fā)射電磁波實(shí)現(xiàn)和標(biāo)簽以及其他閱讀器的通信。待定位者佩戴一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)入定位空間內(nèi),中央處理器通過比較待定位標(biāo)簽與其它參考標(biāo)簽的信號強(qiáng)度值,得出與待定位標(biāo)簽相鄰近的標(biāo)簽,從而得到定位結(jié)果。該方案不妥視距制約,且標(biāo)簽和閱讀器使用壽命長,因此在室內(nèi)定位中應(yīng)用較為廣泛。
(2)WiFi定位
由于我國從2012.年開始大范圍覆蓋 WiFi 網(wǎng)絡(luò),一般的公共場所諸如大學(xué)、餐廳、電影院、商場甚至廣場,都配有完善的 WiFi 網(wǎng)絡(luò),這使得之后進(jìn)行WiFi定位系統(tǒng)建設(shè)的成本變得十分低廉。在WiFi 環(huán)境中,常常應(yīng)用三角定位模型,首先預(yù)先記錄好待定位樣本在各個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處,所有無線接入點(diǎn)所收到的信號的強(qiáng)度。在進(jìn)行室內(nèi)定位時(shí),將實(shí)際接收到的信號強(qiáng)度經(jīng)分析處理后與之前統(tǒng)計(jì)記錄好的無線接入點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,即可估計(jì)出待定位者的位置。
(3)ZigBee 定位
ZigBee 技術(shù)憑借其低功耗的顯著優(yōu)勢在室內(nèi)定位中多有應(yīng)用。應(yīng)用 ZigBee技術(shù)做室內(nèi)定位時(shí),要設(shè)定一個(gè)中心參考節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān),配合其他眾多盲節(jié)點(diǎn),組成室內(nèi)定位網(wǎng)絡(luò),并通過盲節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn)定位。盲節(jié)點(diǎn)之間以無線電磁波通信的方式進(jìn)行通信,具有很高的通信效率。但是ZigBee 信號的傳輸受室內(nèi)障礙的影響較大,極易出現(xiàn)多徑效應(yīng),其穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度都受制約于外界環(huán)境,所以要維持其可靠性的條件苛刻,成本也較高。
(4)UWB定位
UWB 定位技術(shù)用來傳輸數(shù)據(jù)的脈沖信號,其功率譜密度極低、脈沖寬度極窄,因此具備了時(shí)間分辨率高、空間穿透能力強(qiáng)等特點(diǎn),在視距 (Line of Sight,LOS)環(huán)境下能獲得優(yōu)于厘米級的測距和定位精度。業(yè),2002年才發(fā)布商用化規(guī)范,就目前的情況而言,UWB設(shè)備價(jià)格昂貴,部署成本較高,雖然在專業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛且表現(xiàn)極佳,但難以進(jìn)入消費(fèi)級市場。UWB定位方法包括信號到達(dá)角(Angle of Arrival, AOA)、接收信號強(qiáng)度(Re-ceived Signal Strength,RSS)、信號到達(dá)時(shí)間(Time of Arival, TOA)和信號到達(dá)時(shí)間差(Time Difference of Amrival,TDOA),是一種典型的基于測距的定位。
(5)蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)定位
隨著第二代、第三代到第四代移動網(wǎng)絡(luò)通信長期演進(jìn)(Long Term Evolution,LTE)定位技術(shù)的發(fā)展,基于基站的蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的精度得到了較大提高;第五代移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)協(xié)議投入商用對室內(nèi)定位領(lǐng)域是一個(gè)巨大的契機(jī),其密集組網(wǎng)技術(shù)也使得基站定位具備廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間 。蜂窩定位技術(shù)可以便捷使用搭建的基礎(chǔ)設(shè)施,依靠移動通信系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和傳輸信息實(shí)現(xiàn)用戶的位置坐標(biāo)推算。利用室內(nèi)可直接測得的無線電通信信號,與WiFi、藍(lán)牙、UWB技術(shù)相同,既可基于信號強(qiáng)度使用傳統(tǒng)的位置指紋匹配方法,也可以進(jìn)行 TOA、TDOA、AOA等測距方式測量。蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)依賴通信基站,與基站密度密切相關(guān):雖然室內(nèi)信號受基站輸出功率的動態(tài)調(diào)整和非視距傳播效應(yīng)的影響,定位精度不高,但在室內(nèi)外無縫定位需求下,可作為普適化的室內(nèi)外坐標(biāo)一體化的定位方案。