室内无线人员定位技术介绍

1、无线定位技术介绍随着数据业务和多媒体业务的快速增加,人们对定位与导航的需求日益增大,尤其在复杂的室内环境,如展厅、仓库、监狱、图书馆、地下停车场、矿井等环境中,常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制,比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。室内定位技术解决方案主要有:A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络等等。常用于室内人员定位的几种技术为: 超宽带技术(UWB WI-FI无线技术(802.11 ZigBee无线技术(802.15 射频识别技术(RFID超宽带技术

2、是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从而具有3.110.6GHz 量级的带宽。超宽带可用于室内精确定位,例如战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。超宽带系统与传统的窄带系统相比,具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此,超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航,且能提供十分精确的定位精度。无线定位技术介绍无线定位技术介绍超宽带技术(UWB 无线定位技术介绍无线局域网络(WLAN是一种全新的信息获取平台,可以在广泛的

3、应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务,而网络节点自身定位是大多数应用的基础和前提。当前比较流行的Wi-Fi定位是无线局域网络系列标准之IEEE802.11的一种定位解决方案。该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式,易于安装,需要很少基站,能采用相同的底层无线网络结构,系统总精度高。芬兰的Ekahau公司开发了能够利用Wi-Fi进行室内定位的软件。Wi-Fi绘图的精确度大约在1米至20米的范围内,总体而言,它比蜂窝网络三角测量定位方法更精确。但是,如果定位的测算仅仅依赖于哪个Wi-Fi的接入点最近,而不是依赖于合成的信号强度图,那么在楼层定位上很容易出错。目前,它应用于小范围的室

4、内定位,成本较低。但无论是用于室内还是室外定位,Wi-Fi收发器都只能覆盖半径90米以内的区域,而且很容易受到其他信号的干扰,从而影响其精度,定位器的能耗也较高。无线定位技术介绍ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,它介于射频识别和蓝牙之间,也可以用于室内定位。它有自己的无线电标准,在数千个微小的传感器之间相互协调通信以实现定位。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。无线定位技术介绍射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的

5、。这种技术作用距离短,一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息,且传输范围很大,成本较低。同时由于其非接触和非视距等优点,可望成为优选的室内定位技术。目前,射频识别研究的热点和难点在于理论传播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化等问题。优点是标识的体积比较小,造价比较低,但是作用距离近,不具有通信能力,而且不便于整合到其他系统之中。短距离无线定位技术优势 无需建立昂贵的基础设施 适用室内环境 低成本 高精度 部署灵活 几种无线定位技术比较 无线定位技术介绍1 基于场强测量的定位方法(RSSI, Received Signal Strength Indicator是利用接收

6、信号强度与MS 至BS 距离成反比的关系,通过测出接收信号的场强值、己知的信道衰落模型及发射信号的场强值估算出MS 与BS 之间的距离,根据多个 MS 的位置,如图1 所示距离值即能估计出 无线定位技术介绍2基于传播时间测量的定位方法通过测出电波从发射机到接收机的传播时间,就可以知道它们之间的距离。从而,可以通过某种方法算出未知点的估计位置。 基于信号传播时间的定位方法又可以分为基于信号到达时间(TOA, Time of Arrive和信号到达时间差(TDOA,Time Difference of Arrive两种定位方法。无线定位技术介绍3 基于信号到达角度(AOA,Angle of Arr

7、ive的定位方法主要是在BS 通过己知点接收机天线阵列测出移动台发射电波的入射角,构成一条从BS 到MS 的径向连线,即方位线。利用多个BS 提供的AOA 测量值,可以画出多个方位线,其交点就是移动台的估计位置。如图4 所示。 无线定位技术介绍无线定位技术-混合算法无线定位技术介绍4混合定位方法就是利用上述两种或多种定位方法的某种组合进行定位。如TDOA/TOA、TDOA/AOA、TOA/AOA 、TOA/RSSI 等。通过上述定位方法的分析比较可以发现:RSSI 定位法较为简单,但由于多径衰落和阴影效应的影响较大,使其定位精度较差,因此,该方法没有得到广泛的重视和应用;AOA定位法定位精度较高,但系统设备复杂,成本较高。AOA 的方法不适用于UWB 定位,UWB信号具有非常宽的带宽,这使得其多径