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室內GPS定位技術(shù)及室內無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)

來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2008/10/21
 

  定位技術(shù)在當今飛速發(fā)展,但是大多的定位技術(shù)都為室外的。譬如車(chē)載GPS導航系統,是對外部環(huán)境的一種定位和導航,而進(jìn)到室內它并不能呈現出室內的環(huán)境。
  室內定位技術(shù)由于受定位時(shí)間、定位精度以及復雜室內環(huán)境等條件的限制,比較完善的定位技術(shù)目前還無(wú)法很好地利用。因此,專(zhuān)家學(xué)者提出了許多室內定位技術(shù)解決方案,如A-GPS定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍牙技術(shù)、紅外線(xiàn)技術(shù)、射頻識別技術(shù)、超寬帶技術(shù)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )、光跟蹤定位技術(shù),以及圖像分析、信標定位、計算機視覺(jué)定位技術(shù)等等。這些室內定位技術(shù)從總體上可歸納為幾類(lèi),即GNSS技術(shù)(如偽衛星等),無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)(無(wú)線(xiàn)通信信號、射頻無(wú)線(xiàn)標簽、超聲波、光跟蹤、無(wú)線(xiàn)傳感器定位技術(shù)等),其它定位技術(shù)(計算機視覺(jué)、航位推算等),以及GNSS和無(wú)線(xiàn)定位組合的定位技術(shù)(A-GPS或A-GNSS)。

  室內GPS定位技術(shù)
  GPS是目前應用最為廣泛的定位技術(shù)。當GPS接收機在室內工作時(shí),由于信號受建筑物的影響而大大衰減,定位精度也很低,要想達到室外一樣直接從衛星廣播中提取導航數據和時(shí)間信息是不可能的。為了得到較高的信號靈敏度,就需要延長(cháng)在每個(gè)碼延遲上的停留時(shí)間,A-GPS技術(shù)為這個(gè)問(wèn)題的解決提供了可能性。室內GPS技術(shù)采用大量的相關(guān)器并行地搜索可能的延遲碼,同時(shí)也有助于實(shí)現快速定位。
  利用GPS進(jìn)行定位的優(yōu)勢是衛星有效覆蓋范圍大,且定位導航信號免費。缺點(diǎn)是定位信號到達地面時(shí)較弱,不能穿透建筑物,而且定位器終端的成本較高。

  室內無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)
  隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展,新興的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù),例如WiFi、ZigBee、藍牙和超寬帶等,在辦公室、家庭、工廠(chǎng)等得到了廣泛應用。

  1.紅外線(xiàn)室內定位技術(shù)
  紅外線(xiàn)室內定位技術(shù)定位的原理是,紅外線(xiàn)IR標識發(fā)射調制的紅外射線(xiàn),通過(guò)安裝在室內的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位。雖然紅外線(xiàn)具有相對較高的室內定位精度,但是由于光線(xiàn)不能穿過(guò)障礙物,使得紅外射線(xiàn)僅能視距傳播。直線(xiàn)視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點(diǎn)使其室內定位的效果很差。當標識放在口袋里或者有墻壁及其他遮擋時(shí)就不能正常工作,需要在每個(gè)房間、走廊安裝接收天線(xiàn),造價(jià)較高。因此,紅外線(xiàn)只適合短距離傳播,而且容易被熒光燈或者房間內的燈光干擾,在精確定位上有局限性。

  2.超聲波定位技術(shù)
  超聲波測距主要采用反射式測距法,通過(guò)三角定位等算法確定物體的位置,即發(fā)射超聲波并接收由被測物產(chǎn)生的回波,根據回波與發(fā)射波的時(shí)間差計算出待測距離,有的則采用單向測距法。超聲波定位系統可由若干個(gè)應答器和一個(gè)主測距器組成,主測距器放置在被測物體上,在微機指令信號的作用下向位置固定的應答器發(fā)射同頻率的無(wú)線(xiàn)電信號,應答器在收到無(wú)線(xiàn)電信號后同時(shí)向主測距器發(fā)射超聲波信號,得到主測距器與各個(gè)應答器之間的距離。當同時(shí)有3個(gè)或3個(gè)以上不在同一直線(xiàn)上的應答器做出回應時(shí),可以根據相關(guān)計算確定出被測物體所在的二維坐標系下的位置。
  超聲波定位整體定位精度較高,結構簡(jiǎn)單,但超聲波受多徑效應和非視距傳播影響很大,同時(shí)需要大量的底層硬件設施投資,成本太高。

  3.藍牙技術(shù)
  藍牙技術(shù)通過(guò)測量信號強度進(jìn)行定位。這是一種短距離低功耗的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù),在室內安裝適當的藍牙局域網(wǎng)接入點(diǎn),把網(wǎng)絡(luò )配置成基于多用戶(hù)的基礎網(wǎng)絡(luò )連接模式,并保證藍牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)始終是這個(gè)微微網(wǎng)(piconet)的主設備,就可以獲得用戶(hù)的位置信息。藍牙技術(shù)主要應用于小范圍定位,例如單層大廳或倉庫。
  藍牙室內定位技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是設備體積小、易于集成在 PDA、PC以及手機中,因此很容易推廣普及。理論上,對于持有集成了藍牙功能移動(dòng)終端設備的用戶(hù),只要設備的藍牙功能開(kāi)啟,藍牙室內定位系統就能夠對其進(jìn)行位置判斷。采用

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[!--empirenews.page--]該技術(shù)作室內短距離定位時(shí)容易發(fā)現設備且信號傳輸不受視距的影響。其不足在于藍牙器件和設備的價(jià)格比較昂貴,而且對于復雜的空間環(huán)境,藍牙系統的穩定性稍差,受噪聲信號干擾大。

  4.射頻識別技術(shù)
  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據以達到識別和定位的目的。這種技術(shù)作用距離短,一般最長(cháng)為幾十米。但它可以在幾毫秒內得到厘米級定位精度的信息,且傳輸范圍很大,成本較低。同時(shí)由于其非接觸和非視距等優(yōu)點(diǎn),可望成為優(yōu)選的室內定位技術(shù)。目前,射頻識別研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)在于理論傳播模型的建立、用戶(hù)的安全隱私和國際標準化等問(wèn)題。優(yōu)點(diǎn)是標識的體積比較小,造價(jià)比較低,但是作用距離近,不具有通信能力,而且不便于整合到其他系統之中。

  5.超寬帶技術(shù)
  超寬帶技術(shù)是一種全新的、與傳統通信技術(shù)有極大差異的通信新技術(shù)。它不需要使用傳統通信體制中的載波,而是通過(guò)發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來(lái)傳輸數據,從而具有GHz量級的帶寬。超寬帶可用于室內精確定位,例如戰場(chǎng)士兵的位置發(fā)現、機器人運動(dòng)跟蹤等。
  超寬帶系統與傳統的窄帶系統相比,具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)。因此,超寬帶技術(shù)可以應用于室內靜止或者移動(dòng)物體以及人的定位跟蹤與導航,且能提供十分精確的定位精度。

  6.Wi-Fi技術(shù)

  無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )(WLAN)是一種全新的信息獲取平臺,可以在廣泛的應用領(lǐng)域內實(shí)現復雜的大范圍定位、監測和追蹤任務(wù),而網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)自身定位是大多數應用的基礎和前提。當前比較流行的Wi-Fi定位是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )系列標準之IEEE802.11的一種定位解決方案。該系統采用經(jīng)驗測試和信號傳播模型相結合的方式,易于安裝,需要很少基站,能采用相同的底層無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構,系統總精度高。
  芬蘭的Ekahau公司開(kāi)發(fā)了能夠利用Wi-Fi進(jìn)行室內定位的軟件。Wi-Fi繪圖的精確度大約在1米至20米的范圍內,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(lài)于哪個(gè)Wi-Fi的接入點(diǎn)最近,而不是依賴(lài)于合成的信號強度圖,那么在樓層定位上很容易出錯。目前,它應用于小范圍的室內定位,成本較低。但無(wú)論是用于室內還是室外定位,Wi-Fi收發(fā)器都只能覆蓋半徑90米以?xún)鹊膮^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。

  7.ZigBee技術(shù)
  ZigBee是一種新興的短距離、低速率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù),它介于射頻識別和藍牙之間,也可以用于室內定位。它有自己的無(wú)線(xiàn)電標準,在數千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調通信以實(shí)現定位。這些傳感器只需要很少的能量,以接力的方式通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波將數據從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器,所以它們的通信效率非常高。ZigBee最顯著(zhù)的技術(shù)特點(diǎn)是它的低功耗和低成本。
  除了以上提及的定位技術(shù),還有基于計算機視覺(jué)、光跟蹤定位、基于圖像分析、磁場(chǎng)以及信標定位等。此外,還有基于圖像分析的定位技術(shù)、信標定位、三角定位等。目前很多技術(shù)還處于研究試驗階段,如基于磁場(chǎng)壓力感應進(jìn)行定位的技術(shù)。
  不管是GPS定位技術(shù)還是利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )或其他定位手段進(jìn)行定位都有其局限性。未來(lái)室內定位技術(shù)的趨勢是衛星導航技術(shù)與無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)相結合,將GPS定位技術(shù)與無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)有機結合,發(fā)揮各自的優(yōu)長(cháng),則既可以提供較好的精度和響應速度,又可以覆蓋較廣的范圍,實(shí)現無(wú)縫的、精確的定位。

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