無線定位技術綜述

1、隨著數據業(yè)務和多媒體業(yè)務的快速增加，人們對定位與導航的需求日益增大，尤其在復雜的城市環(huán)境，如密集的小區(qū)、大樓的內部、機場大廳、展廳、倉 庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環(huán)境中，常常需要確定移動終端或其持 有者、設施與物品在室內的位置信息。但是受定位時間、定位精度以及復雜環(huán)境 等條件的限制，依靠衛(wèi)星定位的衛(wèi)星定位系統(tǒng)無法很好地利用。因此，隨著無線通信技術的開展，專家學者提出了許多以電磁波這類無線信 號為根底的定位技術解決方案，例如 WiFi、ZigBee、藍牙和超寬帶等，這些技 術在擁擠的城市街道、辦公室、家庭、工廠等復雜的環(huán)境下得到了廣泛應用。本篇文章將介紹以下幾種無線定位技術，并重點講解

2、應用較為廣泛的幾種技 術的技術原理、應用以及其未來：?紅外線定位技術?超聲波定位技術?藍牙定位技術?超寬帶定位技術? WIFI網絡定位? GSM/CDM移動通信定位技術?射頻標簽RFID定位技術*? ZigBee 技術 *紅外線定位技術紅外線室內定位技術定位的原理是，紅外線 IR標識發(fā)射調制的紅外射線， 通過安裝在室內的光學傳感器接收進行定位。 雖然紅外線具有相對較高的室內定 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

3、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的燈 光干擾，在精確定位上有局限性。超聲波定位技術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生的回波， 根據回波與發(fā)射波的時間差計算出待 測距離，有的那么采用單向測距法。超聲波定位系統(tǒng)可由假設干個應答器和一個主 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 的應答器發(fā)射同頻率的無線電信號，應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答器做出回應時， 可以根據相關計算確

4、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，結構簡單，但超聲波受多徑效應和非視距傳 播影響很大，同時需要大量的底層硬件設施投資，本錢太高。藍牙定位藍牙定位技術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，在室內安裝適當的藍牙局域網接入點， 把網絡配置成基于多用戶的根底 網絡連接模式，并保證藍牙局域網接入點始終是這個微微網piconet的主設備， 就可以獲得用戶的位置信息。藍牙技術主要應用于小范圍定位，例如單層大廳或 倉庫。藍牙室內定位技術最大的優(yōu)點是設備體積小、易于集成在PDA PC以及中，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備

5、的用 戶，只要設備的藍牙功能開啟，藍牙室內定位系統(tǒng)就能夠對其進行位置判斷。 采 用該技術作室內短距離定位時容易發(fā)現設備且信號傳輸不受視距的影響。其缺乏在于藍牙器件和設備的價格比擬昂貴， 而且對于復雜的空間環(huán)境，藍牙系統(tǒng)的穩(wěn) 定性稍差，受噪聲信號干擾大。超寬帶技術超寬帶技術是一種全新的、與傳統(tǒng)通信技術有極大差異的通信新技術。 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(zhàn)場士兵的位置發(fā)現、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、 平安性高

6、、系統(tǒng)復雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點。因此，超寬帶技術可以 應用于室內靜止或者移動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能夠到達厘米級。WIFI網絡定位芬蘭的Ekahau公司開發(fā)了能夠利用 Wi-Fi進行室內定位的軟件。Wi-Fi繪 圖的精確度大約在1米至20米的范圍內，總體而言，它比蜂窩網絡三角測量定 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，它應用于 小范圍的室內定位，本錢較低。但無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米以內的區(qū)域，而且很容易受到其他

7、信號的干擾，從而影響 其精度，定位器的能耗也較高。GSM/GPRS/CDI移動通訊技術定位GPS功能強大，但是需要專門的客戶端設備才能使用，這不利于其在廣泛人 群中的普及。但是，在應急效勞等領域，用戶往往迫切需要了解自己的地理位置。 因此，一些國家開始考慮使用這一普及率很高的終端設備提供定位信息。美國通信委員會在1996年通過了增強911法案在1999年再次修訂，這個法案 要求運營商必須知道每一部的地理位置誤差在50至100米誤差之內。任何一部撥打美國緊急效勞 911，政府就要知道其位置，即使用戶自身不知道身在哪里。這一法案，迫使電信運營商開始開展定位系統(tǒng)。在移動通信網絡中，最早期是基于基站代

8、碼的定位技術，它由網絡側獲取用 戶當前所在的基站信息以獲取用戶當前位置， 其精度取決于移動基站的分布及覆 蓋范圍的大小，市區(qū)內可能到達幾公里，而郊區(qū)誤差那么可能十幾公里。為了提高 定位的精度，運營商開始考慮三角運算定位，這是蜂窩網絡自身定位技術的一種，它是利用接收到不同基站發(fā)出信號到達該的時間差，通過算法軟件計算出該用戶所在經緯度。時至今日，最先進的定位技術是高通公司的 GPS on鼓術，它是利用全球定位系統(tǒng)和定位系統(tǒng)的混合定位技術一一在全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星視線被全部 /局部阻擋的情況下采用CDM三角定位技術進行輔助定位，使兩種定位技術在不 同的定位環(huán)境中的優(yōu)劣勢得到互補。這種技術將在混合定位系統(tǒng)

9、中詳細講解。3.7射頻標簽RFID定位技術除了定位技術，射頻標簽RFID定位技術也是普通民眾可以關注的領域,它可以由用戶自己布置在特定區(qū)域進行定位，例如停車場、滑雪場。在這些 區(qū)域的特定地點例如關鍵出入口安放射頻標簽讀寫器之后，系統(tǒng)可以實時檢 測到帶有RFID裝置的物體處于什么位置，其原理類似于在關鍵位置安排眾多看 守人員對過往物品進行登記，需要尋找特定物體的時候只要查詢一下看守人員的 登記信息就可以了。射頻識別技術利用射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數據以到達識別和 定位的目的。這種技術作用距離短，一般最長為幾十米。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，本錢較低。同時

10、由于其非接觸和非 視距等優(yōu)點，可望成為優(yōu)選的室內定位技術。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、用戶的平安隱私和國際標準化等問題。優(yōu)點是標識的 體積比擬小，造價比擬低，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。從醫(yī)療部門到制造業(yè)，在實時數據重要的地方以及運輸中需要定位的地方， 都已經出現了 RFID定位系統(tǒng)的身影。例如英國一些醫(yī)院應用 RFID定位系統(tǒng)對醫(yī) 療器械、醫(yī)療保健設備進行定位和追蹤，減少醫(yī)療器械設備失竊等事件的發(fā)生； 豐田汽車在汽車物流供應鏈建立 RFID定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)降低了人工本錢，使工 作流程自動化，而且系統(tǒng)會告訴職工應該去哪里取汽車；

11、美國科羅拉多州一個滑 雪場那么是世界上第一個為游客配備定位裝置的滑雪場，游客在這個滑雪場帶上內置RFID的表帶之后會被遍布滑雪場的讀寫器探測到，利用這套系統(tǒng)游客可以知 道其伙伴在滑雪場的位置。RFID定位系統(tǒng)不需要衛(wèi)星或者網絡的配合，其精確度在于 RFID讀寫器的分布，而讀寫器的分布可以由用戶自身根據實際需要進行設置，很適合只需要在特定區(qū)域進行定位的用戶，具有極高實用價值。根據調查，僅2005 年，全球使用RFID定位技術的企業(yè)就比上年增長了 3倍之多。3.8 ZigBee 技術ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，它介于射頻識別和藍 牙之間，也可以用于室內定位。它有自己的無線電標準，在數千個微小的傳感器 之間相互協(xié)調通信以實現定位。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通 過無線電波將數據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最顯著的技術特點是它的低功耗和低本錢?？偨Y除了以上提及的定位技術，還有基于電腦視覺、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、信標