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室內(nèi)GPS定位技術(shù)及室內(nèi)無線定位技術(shù)

來源:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時間: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。譬如車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng),是對外部環(huán)境的一種定位和導(dǎo)航,而進到室內(nèi)它并不能呈現(xiàn)出室內(nèi)的環(huán)境。
  室內(nèi)定位技術(shù)由于受定位時間、定位精度以及復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制,比較完善的定位技術(shù)目前還無法很好地利用。因此,專家學(xué)者提出了許多室內(nèi)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)、紅外線技術(shù)、射頻識別技術(shù)、超寬帶技術(shù)、無線局域網(wǎng)絡(luò)、光跟蹤定位技術(shù),以及圖像分析、信標定位、計算機視覺定位技術(shù)等等。這些室內(nèi)定位技術(shù)從總體上可歸納為幾類,即GNSS技術(shù)(如偽衛(wèi)星等),無線定位技術(shù)(無線通信信號、射頻無線標簽、超聲波、光跟蹤、無線傳感器定位技術(shù)等),其它定位技術(shù)(計算機視覺、航位推算等),以及GNSS和無線定位組合的定位技術(shù)(A-GPS或A-GNSS)。

  室內(nèi)GPS定位技術(shù)
  GPS是目前應(yīng)用最為廣泛的定位技術(shù)。當GPS接收機在室內(nèi)工作時,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(wèi)星廣播中提取導(dǎo)航數(shù)據(jù)和時間信息是不可能的。為了得到較高的信號靈敏度,就需要延長在每個碼延遲上的停留時間,A-GPS技術(shù)為這個問題的解決提供了可能性。室內(nèi)GPS技術(shù)采用大量的相關(guān)器并行地搜索可能的延遲碼,同時也有助于實現(xiàn)快速定位。
  利用GPS進行定位的優(yōu)勢是衛(wèi)星有效覆蓋范圍大,且定位導(dǎo)航信號免費。缺點是定位信號到達地面時較弱,不能穿透建筑物,而且定位器終端的成本較高。

  室內(nèi)無線定位技術(shù)
  隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),例如WiFi、ZigBee、藍牙和超寬帶等,在辦公室、家庭、工廠等得到了廣泛應(yīng)用。

  1.紅外線室內(nèi)定位技術(shù)
  紅外線室內(nèi)定位技術(shù)定位的原理是,紅外線IR標識發(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使其室內(nèi)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。

  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(jù)回波與發(fā)射波的時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(tǒng)可由若干個應(yīng)答器和一個主測距器組成,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(yīng)答器發(fā)射同頻率的無線電信號,應(yīng)答器在收到無線電信號后同時向主測距器發(fā)射超聲波信號,得到主測距器與各個應(yīng)答器之間的距離。當同時有3個或3個以上不在同一直線上的應(yīng)答器做出回應(yīng)時,可以根據(jù)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(jié)構(gòu)簡單,但超聲波受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大,同時需要大量的底層硬件設(shè)施投資,成本太高。

  3.藍牙技術(shù)
  藍牙技術(shù)通過測量信號強度進行定位。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?shù)乃{牙局域網(wǎng)接入點,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,并保證藍牙局域網(wǎng)接入點始終是這個微微網(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。
  藍牙室內(nèi)定位技術(shù)最大的優(yōu)點是設(shè)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終端設(shè)備的用戶,只要設(shè)備的藍牙功能開啟,藍牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M行位置判斷。采用

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[!--empirenews.page--]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,藍牙系統(tǒng)的穩(wěn)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)利用射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)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。同時由于其非接觸和非視距等優(yōu)點,可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術(shù)。目前,射頻識別研究的熱點和難點在于理論傳播模型的建立、用戶的安全隱私和國際標準化等問題。優(yōu)點是標識的體積比較小,造價比較低,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(tǒng)之中。

  5.超寬帶技術(shù)
  超寬帶技術(shù)是一種全新的、與傳統(tǒng)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(tǒng)通信體制中的載波,而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù),從而具有GHz量級的帶寬。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)、機器人運動跟蹤等。
  超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比,具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、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。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。

  6.Wi-Fi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)點自身定位是大多數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。當前比較流行的Wi-Fi定位是無線局域網(wǎng)絡(luò)系列標準之IEEE802.11的一種定位解決方案。該系統(tǒng)采用經(jīng)驗測試和信號傳播模型相結(jié)合的方式,易于安裝,需要很少基站,能采用相同的底層無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)總精度高。
  芬蘭的Ekahau公司開發(fā)了能夠利用Wi-Fi進行室內(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的接入點最近,而不是依賴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(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。

  7.ZigBee技術(shù)
  ZigBee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牙之間,也可以用于室內(nèi)定位。它有自己的無線電標準,在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)通信以實現(xiàn)定位。這些傳感器只需要很少的能量,以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器,所以它們的通信效率非常高。ZigBee最顯著的技術(shù)特點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、光跟蹤定位、基于圖像分析、磁場以及信標定位等。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,如基于磁場壓力感應(yīng)進行定位的技術(shù)。
  不管是GPS定位技術(shù)還是利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或其他定位手段進行定位都有其局限性。未來室內(nèi)定位技術(shù)的趨勢是衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與無線定位技術(shù)相結(jié)合,將GPS定位技術(shù)與無線定位技術(shù)有機結(jié)合,發(fā)揮各自的優(yōu)長,則既可以提供較好的精度和響應(yīng)速度,又可以覆蓋較廣的范圍,實現(xiàn)無縫的、精確的定位。

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