常用的室内定位技术对比(上)
随着各类电子与通信技术的飞速发展,定位技术也出现“百花齐放,百家争鸣”的研发和产品市场的繁荣局面。高精度定位技术可以分为两类:第一类为基于外置信源的室内定位技术,这类技术的实现依赖于外置信源,主要包括WiFi、蓝牙、超宽带(Ultra Wide Band,UWB)、蜂窝移动网络和伪卫星;第二类为基于天然信源的室内定位技术,这类技术仅依靠终端的传感器即可实现定位,包括惯性导航、地磁导航等。为便于读者清晰地纵然全局,把握技术特性,总结和对比各类定位技术特性如下:
(1)RFID 定位
RFID 定位技术采用电磁波来进行无线通信。RFID 在进行室内定位时遵循“邻近思根”。整个定位系统由阅读器和标签两部分组成,标签用于存储信息,阅读器用于读写标签内的信息。阅读器发射电磁波实现和标签以及其他阅读器的通信。待定位者佩戴一个标签进入定位空间内,中央处理器通过比较待定位标签与其它参考标签的信号强度值,得出与待定位标签相邻近的标签,从而得到定位结果。该方案不妥视距制约,且标签和阅读器使用寿命长,因此在室内定位中应用较为广泛。
(2)WiFi定位
由于我国从2012.年开始大范围覆盖 WiFi 网络,一般的公共场所诸如大学、餐厅、电影院、商场甚至广场,都配有完善的 WiFi 网络,这使得之后进行WiFi定位系统建设的成本变得十分低廉。在WiFi 环境中,常常应用三角定位模型,首先预先记录好待定位样本在各个参考节点处,所有无线接入点所收到的信号的强度。在进行室内定位时,将实际接收到的信号强度经分析处理后与之前统计记录好的无线接入点的数据进行对比,即可估计出待定位者的位置。
(3)ZigBee 定位
ZigBee 技术凭借其低功耗的显著优势在室内定位中多有应用。应用 ZigBee技术做室内定位时,要设定一个中心参考节点和网关,配合其他众多盲节点,组成室内定位网络,并通过盲节点之间的数据交换来实现定位。盲节点之间以无线电磁波通信的方式进行通信,具有很高的通信效率。但是ZigBee 信号的传输受室内障碍的影响较大,极易出现多径效应,其稳定性和精准度都受制约于外界环境,所以要维持其可靠性的条件苛刻,成本也较高。
(4)UWB定位
UWB 定位技术用来传输数据的脉冲信号,其功率谱密度极低、脉冲宽度极窄,因此具备了时间分辨率高、空间穿透能力强等特点,在视距 (Line of Sight,LOS)环境下能获得优于厘米级的测距和定位精度。业,2002年才发布商用化规范,就目前的情况而言,UWB设备价格昂贵,部署成本较高,虽然在专业领域中应用广泛且表现极佳,但难以进入消费级市场。UWB定位方法包括信号到达角(Angle of Arrival, AOA)、接收信号强度(Re-ceived Signal Strength,RSS)、信号到达时间(Time of Arival, TOA)和信号到达时间差(Time Difference of Amrival,TDOA),是一种典型的基于测距的定位。
(5)蜂窝移动网络定位
随着第二代、第三代到第四代移动网络通信长期演进(Long Term Evolution,LTE)定位技术的发展,基于基站的蜂窝移动网络定位技术的精度得到了较大提高;第五代移动网络通信技术协议投入商用对室内定位领域是一个巨大的契机,其密集组网技术也使得基站定位具备广阔的应用前景和发展空间 。蜂窝定位技术可以便捷使用搭建的基础设施,依靠移动通信系统的体系结构和传输信息实现用户的位置坐标推算。利用室内可直接测得的无线电通信信号,与WiFi、蓝牙、UWB技术相同,既可基于信号强度使用传统的位置指纹匹配方法,也可以进行 TOA、TDOA、AOA等测距方式测量。蜂窝移动网络定位技术依赖通信基站,与基站密度密切相关:虽然室内信号受基站输出功率的动态调整和非视距传播效应的影响,定位精度不高,但在室内外无缝定位需求下,可作为普适化的室内外坐标一体化的定位方案。