超寬帶室內(nèi)定位.docx

超寬帶(UWB)是射頻應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。Ubisense 公司利用該技術(shù)構(gòu)建了革命性的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)(RTLS)，該系統(tǒng)能夠在傳統(tǒng)的挑戰(zhàn)性應(yīng)用環(huán)境中達(dá)到較高的唐恩科技?jí)艛喟桑繎?yīng)該是UWB技術(shù)被一些大公司壟斷。唐恩他們自己做，你也可以要求他們輔助你做啊，不過貨還是要從他們那兒出，因?yàn)槿袊退麄冊(cè)谧雎?。中國目前都是停留在理論研究階段，沒有實(shí)物出來呢，我們的國家，唉，叫咱們?cè)趺磹蹏浤兀喢准?jí)應(yīng)用，我們以前部隊(duì)的項(xiàng)目上用過GPS東西，但是除了DGPS真沒有其他辦法，要資料給你發(fā)一些吧，差分GPS定位終端就是塊頭太大，價(jià)格賊貴了些，我以前用的是咱上海一家公司的方案,一個(gè)終端10000多個(gè)大洋。2004 年中國國際通信展上， UWB(Ultra Wide band) 技術(shù)也被稱之為 “ 超寬帶 ” 成為展會(huì)的一大亮點(diǎn)。 UWB 是利用脈沖信號(hào)進(jìn)行高速無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩坛掏ㄐ偶夹g(shù)。 2002 年 2 月，美國 FCC 正式批準(zhǔn) UWB 商用，這項(xiàng)技術(shù)的市場(chǎng)前景開始受到世人的矚目。 超寬帶體現(xiàn)卓越性能 根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(huì) FCC 的定義，凡是所用帶寬與中心工作頻率之比大于的 25% 或者是絕對(duì)帶寬大于 1.5G 赫茲的信號(hào)，就被稱之為 “ 超寬帶 ”(Ultra Wide band) 。例如一個(gè)系統(tǒng)中心頻率為 4GHz ，可以使用的帶寬超過 1GHz 就為超寬帶。而通常的窄帶無線通信系統(tǒng)所用帶寬只有幾十到幾百 MHz ，例如 802.11b 的帶寬就只用 80MHz 。 UWB 之所以能夠達(dá)到如此大的帶寬，是因?yàn)檫@種技術(shù)所采用的時(shí)域調(diào)制方式，通過發(fā)送短脈沖進(jìn)行通信的，每個(gè)脈沖只有百萬億分之一秒，傳輸速率可達(dá) 40 -60M / 秒，理論上甚至可以達(dá)到 1G / 秒。對(duì)于一個(gè) 0.5ns 的單脈沖信號(hào)來說，中心頻率就是 2GHz ，其半功率帶寬也就是大約 2GHz 。 UWB 之所以受到關(guān)注，主要是由于其技術(shù)特性上有其它無線通信系統(tǒng)無法相比的優(yōu)勢(shì)。除了高傳輸速率、低發(fā)射功率以外，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)和安全性高也是優(yōu)點(diǎn)。表 1 簡(jiǎn)單對(duì)與 UWB 應(yīng)用接近的幾種無線技術(shù)在傳輸距離、傳輸速率等性能指標(biāo)進(jìn)行了比較。 由于長(zhǎng)距離通信時(shí)理論上需要的傳輸能量相當(dāng)?shù)拇?，?UWB 所占頻譜很寬，輸出能量過高會(huì)對(duì)其它無線系統(tǒng)造成嚴(yán)重干擾。這也是 FCC 對(duì)于 UWB 采取嚴(yán)格限制的原因。 UWB 的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要有四大領(lǐng)域： 組建家庭娛樂網(wǎng)絡(luò)： UWB 可以被內(nèi)置在電視、 DVD 、機(jī)頂盒、音響以及投影儀等家庭娛樂設(shè)備上，用來傳輸高品質(zhì)的多媒體應(yīng)用，如 HDTV( 高清晰電視 ) 信號(hào)等。 組建無線個(gè)域網(wǎng)：多個(gè)內(nèi)置 UWB 的移動(dòng)終端 ( 如 PDA 、筆記本電腦等 ) ，可以形成一個(gè) WPAN ，便于高速傳輸數(shù)據(jù)，還可以向家庭娛樂網(wǎng)絡(luò)發(fā)送多媒體內(nèi)容。 雷達(dá)探測(cè)： UWB 設(shè)備具有很強(qiáng)的穿透能力，如墻壁等，可以使警察、消防員和救援人員在緊急情況下能夠迅速找到藏在墻后或者是被埋在廢墟中的人。 UWB 探測(cè)成像系統(tǒng)同樣也可以用于提高建筑和家庭維修行業(yè)的安全性。 精確定位業(yè)務(wù)： UWB 定位系統(tǒng)具備為實(shí)時(shí)的室內(nèi)外精確跟蹤能力，定位精度可以到幾個(gè)厘米。 UWB 在室內(nèi)精確定位方面將會(huì)對(duì) GPS 起到一個(gè)很好的補(bǔ)充作用。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，如機(jī)場(chǎng)大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場(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(lán)牙技術(shù)、紅外線技術(shù)、射頻識(shí)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(biāo)定位、計(jì)算機(jī)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(hào)、射頻無線標(biāo)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(jì)算機(jī)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(dāng)GPS接收機(jī)在室內(nèi)工作時(shí)，由于信號(hào)受建筑物的影響而大大衰減，定位精度也很低，要想達(dá)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(shí)間信息是不可能的。為了得到較高的信號(hào)靈敏度，就需要延長(zhǎng)在每個(gè)碼延遲上的停留時(shí)間，A-GPS技術(shù)為這個(gè)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(shí)也有助于實(shí)現(xiàn)快速定位。 利用GPS進(jìn)行定位的優(yōu)勢(shì)是衛(wèi)星有效覆蓋范圍大，且定位導(dǎo)航信號(hào)免費(fèi)。缺點(diǎn)是定位信號(hào)到達(dá)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(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(lán)牙和超寬帶等，在辦公室、家庭、工廠等得到了廣泛應(yīng)用。 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(biāo)識(shí)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(jìn)行定位。雖然紅外線具有相對(duì)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(diǎn)使其室內(nèi)定位的效果很差。當(dāng)標(biāo)識(shí)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，造價(jià)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。 超聲波定位技術(shù)。超聲波測(cè)距主要采用反射式測(cè)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(cè)物產(chǎn)生的回波，根據(jù)回波與發(fā)射波的時(shí)間差計(jì)算出待測(cè)距離，有的則采用單向測(cè)距法。超聲波定位系統(tǒng)可由若干個(gè)應(yīng)答器和一個(gè)主測(cè)距器組成，主測(cè)距器放置在被測(cè)物體上，在微機(jī)指令信號(hào)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(hào)，應(yīng)答器在收到無線電信號(hào)后同時(shí)向主測(cè)距器發(fā)射超聲波信號(hào)，得到主測(cè)距器與各個(gè)應(yīng)答器之間的距離。當(dāng)同時(shí)有3個(gè)或3個(gè)以上不在同一直線上的應(yīng)答器做出回應(yīng)時(shí)，可以根據(jù)相關(guān)計(jì)算確定出被測(cè)物體所在的二維坐標(biāo)系下的位置。 超聲波定位整體定位精度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但超聲波受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大，同時(shí)需要大量的底層硬件設(shè)施投資，成本太高。 藍(lán)牙技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)通過測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)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(dāng)?shù)乃{(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)，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(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)始終是這個(gè)微微網(wǎng)(piconet)的主設(shè)備，就可以獲得用戶的位置信息。藍(lán)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(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小、易于集成在 PDA、PC以及手機(jī)中，因此很容易推廣普及。理論上，對(duì)于持有集成了藍(lán)牙功能移動(dòng)終端設(shè)備的用戶，只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟，藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行位置判斷。采用該技術(shù)作室內(nèi)短距離定位時(shí)容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備且信號(hào)傳輸不受視距的影響。其不足在于藍(lán)牙器件和設(shè)備的價(jià)格比較昂貴，而且對(duì)于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號(hào)干擾大。 射頻識(shí)別技術(shù)。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。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、用戶的安全隱私和國際標(biāo)準(zhǔn)化等問題。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。 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(jí)以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，從而具有GHz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。 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(tái)，可以在廣泛的應(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定位是無線局域網(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(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)算僅僅依賴于哪個(gè)Wi-Fi的接入點(diǎn)最近，而不是依賴于合成的信號(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(hào)的干擾，從而影響其精度，定位器的能耗也較高。 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(shí)別和藍(lán)牙之間，也可以用于室內(nèi)定位。它有自己的無線電標(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，以接力的方式通過無線電波將數(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。 除了以上提及的定位技術(shù)，還有基于計(jì)算機(jī)視覺、光跟蹤定位、基于圖像分析、磁場(chǎng)以及信標(biāo)定位等。此外，還有基于圖像分析的定位技術(shù)、信標(biāo)定位、三角定位等。目前很多技術(shù)還處于研究試驗(yàn)階段，如基于磁場(chǎng)壓力感應(yīng)進(jìn)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(jìn)行定位都有其局限性。未來室內(nèi)定位技術(shù)的趨勢(shì)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(jī)結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)長(zhǎng)，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(shí)現(xiàn)無縫的、精確的定位2012年11月20日，中國北京訊高通技術(shù)公司(QTI)日前宣布，其旗下聯(lián)網(wǎng)和連接技術(shù)子公司高通創(chuàng)銳訊(Qualcomm Atheros)與全球網(wǎng)絡(luò)巨頭思科公司正在密切合作，加快為采用思科無線基礎(chǔ)設(shè)施的公共和私人場(chǎng)館提供室內(nèi)定位服務(wù)，為業(yè)主、應(yīng)用開發(fā)者、移動(dòng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)OEM及消費(fèi)者提供前所未有的一系列益處。高通IZat室內(nèi)定位服務(wù)平臺(tái)與思科“互聯(lián)移動(dòng)體驗(yàn)(Connected Mobile Experience)”解決方案相結(jié)合，將改善室內(nèi)定位精度，在某些世界領(lǐng)先的零售店、旅游場(chǎng)所和酒店中實(shí)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)和情境感知功能。思科在企業(yè)無線解決方案中的領(lǐng)導(dǎo)地位與高通在移動(dòng)技術(shù)中的領(lǐng)導(dǎo)地位強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，將加速市場(chǎng)采用這些技術(shù)，促進(jìn)科技創(chuàng)新以發(fā)展室內(nèi)定位生態(tài)系統(tǒng)。許多聯(lián)網(wǎng)的消費(fèi)者依賴移動(dòng)設(shè)備和基于位置的應(yīng)用獲得信息，實(shí)現(xiàn)交互，獲得情境內(nèi)容相關(guān)服務(wù)。但是，這些消費(fèi)者的絕大部分應(yīng)用和服務(wù)在城市環(huán)境和室內(nèi)都面臨著挑戰(zhàn)，因?yàn)樵谶@些環(huán)境中，衛(wèi)星系統(tǒng)不能提供位置數(shù)據(jù)。高通創(chuàng)銳訊和思科攜手，重點(diǎn)加快更精確的室內(nèi)定位功能的實(shí)現(xiàn)，保證各自解決方案的互操作性，以增強(qiáng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)能力，提供更好的情境感知功能，在世界領(lǐng)先的場(chǎng)所提供更好的體驗(yàn)。高通創(chuàng)銳訊定位產(chǎn)品和技術(shù)副總裁Cormac Conroy表示：“通過在任何環(huán)境中提供更準(zhǔn)確的附近有誰和有什么的信息，高通創(chuàng)銳訊正在增強(qiáng)移動(dòng)體驗(yàn)。我們正與思科合作，建設(shè)一個(gè)由可以互操作的定位技術(shù)組成的生態(tài)系統(tǒng)，為移動(dòng)OEM、運(yùn)營(yíng)商和場(chǎng)所推出基于定位服務(wù)的創(chuàng)新機(jī)會(huì)，為其服務(wù)的客戶提供相關(guān)適時(shí)信息，只需基于高通 驍龍(Snapdragon)處理器的智能手機(jī)位于采用移動(dòng)服務(wù)引擎的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)附近或范圍內(nèi)?！比蛞苿?dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的采用高通創(chuàng)銳訊定位技術(shù)的設(shè)備出貨量已經(jīng)超過10億部。高通創(chuàng)銳訊最近增強(qiáng)了其IZat定位平臺(tái)，可以在大樓內(nèi)部實(shí)現(xiàn)更精確的定位(3-5米范圍內(nèi))，使得室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)消費(fèi)者更加實(shí)用。通過克服室內(nèi)定位的傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，高通創(chuàng)銳訊和思科以及整個(gè)行業(yè)距實(shí)現(xiàn)在任何環(huán)境中提供永遠(yuǎn)在線的位置識(shí)別服務(wù)的目標(biāo)又邁進(jìn)了一步。思科的互聯(lián)移動(dòng)體驗(yàn)為整合室內(nèi)定位技術(shù)和實(shí)時(shí)分析技術(shù)、實(shí)現(xiàn)個(gè)性化移動(dòng)服務(wù)和內(nèi)容，提供了首款Wi-Fi Passpoint (HotSpot 2.0)解決方案。這一解決方案基于思科移動(dòng)服務(wù)引擎，是業(yè)內(nèi)唯一能夠利用現(xiàn)有接入點(diǎn)設(shè)施，為移動(dòng)設(shè)備確定室內(nèi)位置的技術(shù)。通過這一解決方案，應(yīng)用開發(fā)者可以利用這些情境景信息，部署可以更有效留住客戶的移動(dòng)應(yīng)用和服務(wù)。思科無線網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部副總裁兼總經(jīng)理Sujai Hajela表示：“我們想利用目前傳統(tǒng)室外導(dǎo)航的普及及滲透，把它擴(kuò)展到世界各地的室內(nèi)場(chǎng)所中。通過結(jié)合移動(dòng)定位領(lǐng)導(dǎo)者 高通創(chuàng)銳訊的優(yōu)勢(shì)，以及我們?cè)赪LAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的領(lǐng)導(dǎo)地位，我們可以為各行各業(yè)中的客戶創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)，如零售、酒店、娛樂、旅游、醫(yī)療等行業(yè)。雙方的共同合作，將使得企業(yè)能夠利用網(wǎng)絡(luò)智能，發(fā)現(xiàn)額外的收益機(jī)會(huì)?！彼伎坪透咄▌?chuàng)銳訊將攜手在使用思科網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和基于高通技術(shù)的手持設(shè)備的場(chǎng)所中提供差異化的室內(nèi)定位體驗(yàn)，加快世界著名場(chǎng)所在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位基于WiFi的室內(nèi)定位系統(tǒng)2012年05月25日 09:56來源：本站整理作者：灰色天空我要評(píng)論(0)標(biāo)簽：WIFI(121)室內(nèi)定位(2)1. 引言目前全球定位系統(tǒng)( GPS , GlobalPositioning System)是獲取室外環(huán)境位置信息的最常用方式。近年來，隨著無線移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，GPS 和蜂窩網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的A-GPS(Assisted Global Positioning System)定位方式在緊急救援和各種基于位置服務(wù)(LBS,Location-Based Services)中逐漸得到了應(yīng)用。但由于衛(wèi)星信號(hào)容易受到各種障礙物遮擋，GPS/APGS 等衛(wèi)星定位技術(shù)并不適用于室內(nèi)或高樓林立的場(chǎng)合，目前無線室內(nèi)定位技術(shù)迅速發(fā)展，已成為GPS 的有力補(bǔ)充。一般來講，使用無線信號(hào)強(qiáng)度獲取目標(biāo)位置信息的過程，就是建立無線信號(hào)強(qiáng)度和位置信息穩(wěn)定映射關(guān)系的過程。現(xiàn)有室內(nèi)無線定位系統(tǒng)主要采用紅外、超聲波、藍(lán)牙、WiFi(Wireless Fidelity)、RFID(Radio FrequencyIdentification)等短距離無線技術(shù)。其中基于WiFi 網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)由于部署廣泛且低成本較低，因此備受關(guān)注。其中由微軟開發(fā)的RADAR 系統(tǒng)是最早的基于WiFi 網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)。它采用射頻指紋匹配方法，從指紋庫中查找最接近的K 個(gè)鄰居，取它們坐標(biāo)的平均作為坐標(biāo)估計(jì)。本文同樣基于WiFi 網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種無線室內(nèi)定位系統(tǒng)，但與上述定位方法不同，本文采用了基于權(quán)值選擇的定位算法，在一定程度上減少了RSS.信號(hào)隨機(jī)變化引起的定位誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可獲得較好的定位精度(4 米)。2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)可為移動(dòng)終端客戶在展館、商場(chǎng)、校園等應(yīng)用場(chǎng)景提供定位服務(wù)。鑒于移動(dòng)終端受到計(jì)算能力、存儲(chǔ)容量和電池電量等諸多限制，所以僅完成簡(jiǎn)單的信號(hào)采集工作，定位計(jì)算由定位服務(wù)端完成。定位系統(tǒng)的架構(gòu)體系如圖1 所示。服務(wù)端主要負(fù)責(zé)定位計(jì)算和響應(yīng)終端的定位請(qǐng)求?；谪?fù)載均衡考慮，響應(yīng)位置請(qǐng)求的Web 服務(wù)器和運(yùn)行定位計(jì)算的定位服務(wù)器分離，數(shù)據(jù)交換方式采用客戶端和Web 服務(wù)器相同的數(shù)據(jù)交換方式。客戶端依附于具體對(duì)象，主要負(fù)責(zé)采集周邊AP 的無線信號(hào)強(qiáng)度，并向服務(wù)端提交信號(hào)特征，服務(wù)器使用客戶端采集的信號(hào)特征進(jìn)行定位計(jì)算，獲得移動(dòng)終端的位置估計(jì)。客戶端和服務(wù)端通信采用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議，編程方便，可擴(kuò)展性好，客戶端程序功能可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充。圖1 定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖2 為本定位系統(tǒng)的信息交互流程圖。移動(dòng)終端向Web 服務(wù)器提交GET 請(qǐng)求，GET 請(qǐng)求中包含了信號(hào)強(qiáng)度特征向量，Web 服務(wù)器收到請(qǐng)求后，以同樣的方式傳達(dá)給定位服務(wù)器，定位服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行相關(guān)的定位運(yùn)算操作，從而得到移動(dòng)終端的位置估計(jì)。圖2 移動(dòng)終端與服務(wù)器間的信息交互3. 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3.1. 客戶端設(shè)計(jì)本系統(tǒng)客戶端采用Android 系統(tǒng)手機(jī)。Android 系統(tǒng)是Google 在2007 年發(fā)布的基于Linux 平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)。近年來，基于此平臺(tái)的手機(jī)市場(chǎng)占有率不斷提高，加上其良好的開放性和豐富的API 接口，可以很方便地開發(fā)各種應(yīng)用程序。3.1.1. Android 系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)介Android 系統(tǒng)架構(gòu)見圖3,它建立于Linux內(nèi)核之上，包含了各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)和管理模塊，囊括了非常齊全的類庫和框架，包括輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫SQLite、瀏覽器Webkit 等。整個(gè)系統(tǒng)建立在Dalvik 虛擬機(jī)上，應(yīng)用程序使用Java 語言編寫。Android 系統(tǒng)提供了豐富的框架(活動(dòng)管理、位置管理等)來管理系統(tǒng)的軟、硬件資源，整合了常用的應(yīng)用程序(聯(lián)系人、電話本等)，并開放了很全面的API 供用戶使用，整個(gè)平臺(tái)具有良好的開放性和擴(kuò)展性。圖3 Android 系統(tǒng)架構(gòu)圖3.1.2. Activity 生命周期Android 系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序一般包含一個(gè)或多個(gè)Activity,主要由活動(dòng)管理器進(jìn)行管理，Activity 是Android 系統(tǒng)分配和管理資源的基本單位。每個(gè)Activity 都有其對(duì)應(yīng)的生命周期(圖4)。圖4 Activity 生命周期onCreate()方法在活動(dòng)開始時(shí)調(diào)用，并依次調(diào)用onStart()方法和onResume()方法，Activity 處于運(yùn)行狀態(tài)，如有新活動(dòng)啟動(dòng)，則調(diào)用onPause()，活動(dòng)轉(zhuǎn)入后臺(tái);如內(nèi)存不足，活動(dòng)進(jìn)程則被關(guān)閉。退出程序則會(huì)依次調(diào)用onStop()和onDestroy()?；顒?dòng)管理器對(duì)Activity 的管理體現(xiàn)在不同生命周期對(duì)以上幾個(gè)方法的調(diào)用上，用戶可根據(jù)自己的需要重載這幾個(gè)方法。一般來講，主程序類繼承Activity 類，用戶的功能代碼在重載這些方法中實(shí)現(xiàn)。3.1.3. 獲取周邊AP 信號(hào)強(qiáng)度本文采用基于射頻指紋的定位方法，移動(dòng)終端需要獲得周圍AP 的RSSI 指紋特征，Android 系統(tǒng)提供的接口可以很方便地實(shí)現(xiàn)這一功能。參見圖5 示例代碼片段。首先建立包含響應(yīng)掃描結(jié)果的接收器(reciever) 并重載onReceive()方法，此方法即為收到WiFi 信號(hào)的回調(diào)函數(shù)，用戶自定義功能在此實(shí)現(xiàn);再通過registerReceiver()方法將receiver 向Android 系統(tǒng)進(jìn)行注冊(cè)，getSystemService()方法用于獲得操作WiFi 設(shè)備的句柄;最后用startScan()方法啟動(dòng)掃描，當(dāng)獲得掃描結(jié)果后，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)，完成用戶代碼功能。圖5 掃描示例代碼實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從給出掃描指令，至接收到掃描結(jié)果，耗時(shí)約400-500ms,考慮到后臺(tái)服務(wù)器算法運(yùn)算及網(wǎng)絡(luò)通信開銷，定位過程耗時(shí)將超過500ms.3.1.4. 程序流程從程序的功能來看，客戶端需完成3 個(gè)功能：定期掃描并獲得周圍AP 的信號(hào)強(qiáng)度指紋特征，向服務(wù)器提交指紋特征信息，得到定位結(jié)果后更新界面顯示。程序流程如圖6 所示。首先程序初始化并建立更新回調(diào)函數(shù)，獲得WiFi 服務(wù)句柄后注冊(cè)此回調(diào)函數(shù)，最后啟動(dòng)掃描進(jìn)程周期掃描，直至系統(tǒng)結(jié)束程序。其中，回調(diào)函數(shù)首先獲取掃描結(jié)果，并格式化為字符串，然后通過GET 請(qǐng)求提交給服務(wù)端，獲得定位結(jié)果后再更新顯示界面。圖6 程序流程圖3.2. 服務(wù)端軟件設(shè)計(jì)3.2.1. Web 服務(wù)器Web 服務(wù)器用于對(duì)外通信，接收外界的請(qǐng)求，并返回相應(yīng)的位置信息。Web 服務(wù)器運(yùn)行Apache Tomcat 6.0.20,響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的定位請(qǐng)求，相應(yīng)的軟件設(shè)置參數(shù)為：在%TOMCAT_HOME%webapps 目錄下建立目錄：ExServletWEB-INF,建立web.xml描述文件和classes 文件夾，web.xml 文件是描述文件，classes 存放后臺(tái)處理的類文件。web.xml 中定義了外部引用此服務(wù)的名字和對(duì)應(yīng)的類文件，內(nèi)容片段見圖7。圖7 web 服務(wù)器web.xml 代碼片段3.2.2. 定位服務(wù)器定位服務(wù)器用于運(yùn)行算法，硬件配置參數(shù)為，CPU:Intel Core2 Duo E7500 2.93GHz,內(nèi)存：2G,網(wǎng)卡：Marvell Yukon 88E8057 PCI-EGigabit Ethernet Controller.軟件配置參數(shù)為，操作系統(tǒng)：Windows XP Professional SP3,Web服務(wù)器：Apache Tomcat 6.0.20.相應(yīng)的軟件配置參數(shù)與web 服務(wù)器類似，web.xml 中代碼片段見圖8.圖8 定位服務(wù)器web.xml 代碼片段目前唐恩科技又推出準(zhǔn)UWB產(chǎn)品-iLocateWSN定位系統(tǒng) iLocateTM WSN實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)采用自主開發(fā)的準(zhǔn)UWB產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)P-RTLS的性價(jià)比最優(yōu)化。該系統(tǒng)能夠運(yùn)用于傳統(tǒng)的工業(yè)環(huán)境，以及諸如資產(chǎn)監(jiān)管等亞米級(jí)的定位場(chǎng)合，并達(dá)到60cm的2D定位精度；系統(tǒng)包含三部分：有源標(biāo)簽、傳感器基站以及iLocateTM軟件平臺(tái)。在該系統(tǒng)中，標(biāo)簽與定位傳感器之間進(jìn)行基于TOF(Time of Flight)算法的雙向到達(dá)時(shí)間運(yùn)算，并精確計(jì)算出標(biāo)簽與傳感器的距離；系統(tǒng)運(yùn)用多個(gè)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)來獲取、分析標(biāo)簽的空間位置，最終將該信息傳輸給相關(guān)信息系統(tǒng)。iLocateTM WSN定位系統(tǒng)傳感器基站按照蜂窩單元(Cell)的形式進(jìn)行組織，并支持標(biāo)簽在同一空間坐標(biāo)系下不同定位單元間漫游；每個(gè)定位單元中，主傳感器通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)將標(biāo)簽位置發(fā)送到iLocateTM定位平臺(tái)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的位置信息處理。該系統(tǒng)完全符合國際RTLS行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC24730)。三、 系統(tǒng)構(gòu)成 iLocateTMWSN作為唐恩科技自主開發(fā)的準(zhǔn)UWB定位產(chǎn)品，該系統(tǒng)包含三個(gè)組成部分：傳感器基站Base,有源定位標(biāo)簽Tag和定位平臺(tái)iLocateTRM。 1，基站BASE 定位基站傳感器是一種精密測(cè)量?jī)x器，由定位模塊陣列、高性能處理器和供電系統(tǒng)組成。定位模塊接受處理器的控制指令，并將定位數(shù)據(jù)傳給處理器，處理器將定位數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理后，通過工業(yè)系統(tǒng)總線或者以太網(wǎng)傳給iLocate服務(wù)器。參數(shù)指標(biāo)尺寸重量：尺寸20cmX13cmX6cm 重量 350g 工作頻率：2.4GHZ 工作條件：溫度 -20-60（標(biāo)準(zhǔn)） 濕度 0-