室內(nèi)無(wú)線(xiàn)人員定位技術(shù)介紹

1、無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的快速增加,人們對(duì)定位與導(dǎo)航的需求日益增大,尤其在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境,如展廳、倉(cāng)庫(kù)、監(jiān)獄、圖書(shū)館、地下停車(chē)場(chǎng)、礦井等環(huán)境中,常常需要確定移動(dòng)終端或其持有者、設(shè)施與物品在室內(nèi)的位置信息。但是受定位時(shí)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(wú)法很好地利用。室內(nèi)定位技術(shù)解決方案主要有:A-GPS定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、紅外線(xiàn)技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、超寬帶技術(shù)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)等等。常用于室內(nèi)人員定位的幾種技術(shù)為: 超寬帶技術(shù)(UWB WI-FI無(wú)線(xiàn)技術(shù)(802.11 ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)(802.15 射頻識(shí)別技術(shù)(RFID超寬帶技術(shù)

2、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(guò)發(fā)送和接收具有納秒或納秒級(jí)以下的極窄脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù),從而具有3.110.6GHz 量級(jí)的帶寬。超寬帶可用于室內(nèi)精確定位,例如戰(zhàn)場(chǎng)士兵的位置發(fā)現(xiàn)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(qiáng)、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(diǎn)。因此,超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用于室內(nèi)靜止或者移動(dòng)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。無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹超寬帶技術(shù)(UWB 無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN是一種全新的信息獲取平臺(tái),可以在廣泛的

3、應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位、監(jiān)測(cè)和追蹤任務(wù),而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身定位是大多數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。當(dāng)前比較流行的Wi-Fi定位是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)系列標(biāo)準(zhǔn)之IEEE802.11的一種定位解決方案。該系統(tǒng)采用經(jīng)驗(yàn)測(cè)試和信號(hào)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)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(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(cè)量定位方法更精確。但是,如果定位的測(cè)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(hào)強(qiáng)度圖,那么在樓層定位上很容易出錯(cuò)。目前,它應(yīng)用于小范圍的室

4、內(nèi)定位,成本較低。但無(wú)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?xún)?nèi)的區(qū)域,而且很容易受到其他信號(hào)的干擾,從而影響其精度,定位器的能耗也較高。無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹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(shí)別和藍(lán)牙之間,也可以用于室內(nèi)定位。它有自己的無(wú)線(xiàn)電標(biāo)準(zhǔn),在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)通信以實(shí)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(guò)無(wú)線(xiàn)電波將數(shù)據(jù)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最顯著的技術(shù)特點(diǎn)是它的低功耗和低成本。無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹射頻識(shí)別技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別和定位的目的

5、。這種技術(shù)作用距離短,一般最長(zhǎng)為幾十米。但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)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(nèi)定位技術(shù)。目前,射頻識(shí)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題。優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)識(shí)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(tǒng)之中。短距離無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)優(yōu)勢(shì) 無(wú)需建立昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施 適用室內(nèi)環(huán)境 低成本 高精度 部署靈活 幾種無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)比較 無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹1 基于場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量的定位方法(RSSI, Received Signal Strength Indicator是利用接收

6、信號(hào)強(qiáng)度與MS 至BS 距離成反比的關(guān)系,通過(guò)測(cè)出接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)值、己知的信道衰落模型及發(fā)射信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)值估算出MS 與BS 之間的距離,根據(jù)多個(gè) MS 的位置,如圖1 所示距離值即能估計(jì)出 無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹2基于傳播時(shí)間測(cè)量的定位方法通過(guò)測(cè)出電波從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的傳播時(shí)間,就可以知道它們之間的距離。從而,可以通過(guò)某種方法算出未知點(diǎn)的估計(jì)位置。 基于信號(hào)傳播時(shí)間的定位方法又可以分為基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間(TOA, Time of Arrive和信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(TDOA,Time Difference of Arrive兩種定位方法。無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹3 基于信號(hào)到達(dá)角度(AOA,Angle of Arr

7、ive的定位方法主要是在BS 通過(guò)己知點(diǎn)接收機(jī)天線(xiàn)陣列測(cè)出移動(dòng)臺(tái)發(fā)射電波的入射角,構(gòu)成一條從BS 到MS 的徑向連線(xiàn),即方位線(xiàn)。利用多個(gè)BS 提供的AOA 測(cè)量值,可以畫(huà)出多個(gè)方位線(xiàn),其交點(diǎn)就是移動(dòng)臺(tái)的估計(jì)位置。如圖4 所示。 無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)-混合算法無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)介紹4混合定位方法就是利用上述兩種或多種定位方法的某種組合進(jìn)行定位。如TDOA/TOA、TDOA/AOA、TOA/AOA 、TOA/RSSI 等。通過(guò)上述定位方法的分析比較可以發(fā)現(xiàn):RSSI 定位法較為簡(jiǎn)單,但由于多徑衰落和陰影效應(yīng)的影響較大,使其定位精度較差,因此,該方法沒(méi)有得到廣泛的重視和應(yīng)用;AOA定位法定位精度較高,但系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜,成本較高。AOA 的方法不適用于UWB 定位,UWB信號(hào)具有非常寬的帶寬,這使得其多徑