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常见室内定位技术对比,你了解吗?


作者:本站采编 来源:室内定位最新资讯 2017-01-09 16:52:40
摘要:室内定位技术集锦

  1. 室内定位技术对比 

 

  2 .常见的室内定位技术

  2.1 超宽带(UWB)技术

  超宽带技术是近年来新兴一项全新的、与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术。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微秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从而具有3.1~10.6GHz量级的带宽。目前,包括美国,日本,加拿大等在内的国家都在研究这项技术,在无线室内定位领域具有良好的前景。

  UWB技术是一种传输速率高(最高可达1000Mbps以上),发射功率较低,穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术,无载波。正是这些优点,使它在室内定位领域得到了较为精确的结果。超宽带室内定位技术常采用TDOA演示测距定位算法,就是通过信号到达的时间差,通过双曲线交叉来定位的超宽带系统包括产生、发射、接收、处理极窄脉冲信号的无线电系统。

  而超宽带室内定位系统则包括UWB接收器、UWB参考标签和主动UWB标签。定位过程中由UWB接收器接收标签发射的UWB信号,通过过滤电磁波传输过程中夹杂的各种噪声干扰,得到含有效信息的信号,再通过中央处理单元进行测距定位计算分析 

  UWB室内定位结构图

  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、抗干扰效果好、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。

  定位精度:根据不同公司使用的技术手段或算法不同,精度可保持在0.1 m~0.5 m。

  2.2 蓝牙技术

  蓝牙技术通过测量信号强度进行定位。这是一种短距离低功耗的无线传输技术,在室内安装适当的蓝牙局域网接入点,把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式,并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(piconet)的主设备,就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位,例如单层大厅或仓库。蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC 以及手机中,因此很容易推广普及。理论上,对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户,只要设备的蓝牙功能开启,蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵,而且对于复杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰大。

  定位精度:根据不同公司使用的技术手段或算法不同,精度可保持在3 m~15 m。

  缺陷:信号传输距离短。

  2.3 超声波定位技术

  超声波定位目前大多数采用反射式测距法。系统由一个主测距器和若干个电子标签组成,主测距器可放置于移动机器人本体上,各个电子标签放置于室内空间的固定位置。定位过程如下:先由上位机发送同频率的信号给各个电子标签,电子标签接收到后又反射传输给主测距器,从而可以确定各个电子标签到主测距器之间的距离,并得到定位坐标。目前,比较流行的基于超声波室内定位的技术还有下面两种:一种为将超声波与射频技术结合进行定位。由于射频信号传输速率接近光速,远高于射频速率,那么可以利用射频信号先激活电子标签而后使其接收超声波信号,利用时间差的方法测距。这种技术成本低,功耗小,精度高。另一种为多超声波定位技术。该技术采用全局定位可在移动机器人身上4个朝向安装4个超声波传感器,将待定位空间区,由超声波传感器测距形成坐标,总体把握数据,抗干扰性强,精度高,而且可以解决机器人迷路问题。

  定位精度:超声波定位精度可达厘米级,精度比较高。

  缺陷:超声波在传输过程中衰减明显从而影响其定位有效范围,且易受干扰。

  2.4 红外线定位技术

  红外线是一种波长间于无线电波和可见光波之间的电磁波。红外线室内定位技术定位的原理是,红外线标识发射调制的红外射线,通过安装在室内的光学传感器接收进行定位。虽然红外线具有相对较高的室内定位精度,但是由于光线不能穿过障碍物,使得红外射线仅能视距传播。直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差。当标识放在口袋里或者有墙壁及其他遮挡时就不能正常工作,需要在每个房间、走廊安装接收天线,造价较高。因此,红外线只适合短距离传播,而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰,在精确定位上有局限性。

  典型的红外线室内定位系统Activebadges使待测物体附上一个电子标,该标识通过红外发射机向室内固定放置的红外接收机周期发送该待测物唯一ID,接收机再通过有线网络将数据传输给数据库。这个定位技术功耗较大且常常会受到室内墙体或物体的阻隔,实用性较低。如果将红外线与超声波技术相结合也可方便地实现定位功能。用红外线触发定位信号使参考点的超声波发射器向待测点发射超声波,应用TOA基本算法,通过计时器测距定位。一方面降低了功耗,另一方面避免了超声波反射式定位技术传输距离短的缺陷。使得红外技术与超声波技术优势互补。

  定位精度:红外线定位精度可5 m ~10 m。

  缺陷:红外线在传输过程中易于受物体或墙体阻隔且传输距离较短,定位系统复杂度较高,有效性和实用性较其它技术仍有差距。

  2.5 射频识别技术(RFID)

  射频定位技术实现起来非常方便,而且系统受环境的干扰较小,电子标签信息可以编辑改写比较灵活。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。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。 RFID技术原理:射频识别(RFID)技术是一种操控简易,适用于自动控制领域的技术,它利用了电感和电磁耦合或雷达反射的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。射频(RF)是具有一定波长的电磁波,它的频率描述为:kHz、MHz、GHz,范围从低频到微波不一。

  RFID室内定位系统的基本结构:该系统通常由电子标签、射频读写器、中间件以及计算机数据库组成,结构如下图所示。射频标签和读写器是通过由天线架起的空间电磁波的传输通道进行数据交换的。在定位系统应用中,将射频读写器放置在待测移动物体上,射频电子标签嵌入到操作环境中。电子标签上存储有位置识别的信息,读写器则通过有线或无线形式连接到信息数据库。

  RFID基本结构图

  

  2.6 WIFI技术

  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IEEE802.11b的无线以太网已经成的一种定位解决方案。在无线局域网中的AP接入点或是无线网卡都可以方便测得无线信号的强度,利用这一点可以通过匹配信号强度的方法进行定位。位置指纹法是一种常用的无线局域网室内定位技术,典型的系统是RADAR原型系统,由微软研发。基于RSSI技术的RADAR室内定位系统运行分两个过程,分别是先在系统覆盖区域对设置的若干个AP固定点离线采集其位置信息以及信号强度,通过有线网络传输给数据中心形成位置指纹数据库,再对实时待测物所测算得到信号强度利用最近邻居法分析匹配出其位置。

  某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。

  精度:2 m ~10 m。

  缺陷:采集数据工作量大,而且为了达到较高的精度,固定点AP的位置测算设置比较繁琐。

  2.7 ZigBee技术

  ZigBee(IEEE 802.15.4)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。主要面向无线个人区域网(PAN),网络系统在应用中表现出近距离,低功耗,低成本等特征,这些都可以满足室内定位系统的要求和条件。应用ZigBee技术的室内定位系统是通过在传感器网络中布置参考节点,移动节点构成系统的,参考节点为静态节点,它们发送位置信息和RSSI值给移动待测节点,该节点将数据写入定位模块,分析计算得到自身位置。该系统常采用分布式节点设置,可以减少网络数据工作量和通信延迟的问题。ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。

  精度:2 m ~5 m。

  缺陷:网络稳定性还有待提高,易受环境干扰。

  除了以上提及的定位技术,还有基于计算机视觉、光跟踪定位、基于图像分析、磁场以及信标定位等。此外,还有基于图像分析的定位技术、信标定位、三角定位等。目前很多技术还处于研究试验阶段,如基于磁场压力感应进行定位的技术。

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