【物联网】室内定位技术及定位方式简介

目录

一、概述

二、常用的室内定位技术

2.1 WIFI技术

2.2 UWB超宽带

2.3 蓝牙BLE

2.4 ZigBee技术

2.5 RFID技术

三、常用的室内定位方式

3.1 信号到达时间 

3.2 信号到达时间差

3.3 信号到达角

3.4 接收信号强度

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一、概述

        GPS是目前应用最广泛的定位技术，但是GPS的信号功率、穿透力都非常低，定位精度也很低，要想达到室外一样直接从卫星广播中提取导航数据和时间信息是不可能的。目前我们常见的室内定位技术包含 WiFi、BLE、Zigbee、UWB、RFID等技术。常见的定位方法包括基于RSSI三角定位算法、信号到达时间、信号到达时间差等方式，根据应用场景的不同，可以采用不同的技术，满足客户的需求。

二、常用的室内定位技术

2.1 WIFI技术

        WiFi是相对成熟且应用较多的技术，通过无线接入点（包括无线路由器）组成的无线局域网络(WLAN)，可以实现复杂环境中的定位、监测和追踪任务。它以网络节点（无线接入点）的位置信息为基础和前提，采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，对已接入的移动设备进行位置定位，最高精确度大约在1米至20米之间。

2.2 UWB超宽带

        UWB超宽带是一种无载波通信技术，与传统通信技术的定位方法有较大差异，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非正弦波窄脉冲来传输数据，可用于室内精确定位，定位精度可达10cm。

2.3 蓝牙BLE

        iBeacons是基于Bluetooth Low Energy技术，又可简称BLE，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后，将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网络的主设备。iBeacon基站不断发送广播，设备（主要是手机）接收到iBeacon设备发送的数据后，通过算法来计算自身的位置。。不过，对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。

2.4 ZigBee技术

        ZigBee 是基于 IEEE802.15.4  标准的低功耗局域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。它介于RFID和蓝牙之间，可以通过传感器之间的相互协调通信进行设备的位置定位。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。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率。

2.5 RFID技术

        RFID室内定位技术是通过固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息（如身份ID、接收信号强度），并采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法来计算标签所在位置的。RFID室内定位技术作用距离很近，但它获得定位信息所需的时间很短，只需要几毫秒，且由于电磁场非视距等优点，传输范围很大，此外，标识的体积小，价格也较低。。

三、常用的室内定位方式

3.1 信号到达时间 

        TOA（time ofarrival）被测点（标签）发射信号到达3个以上的参考节点接收机（基站），通过测量到达不同接收机所用的时间，得到发射点与接收点之间的距离，然后以接收机为圆心，所测得的距离为半径做圆，3个圆的交点即为被测点所在的位置。

3.2 信号到达时间差

        TDOA（time difference of arrival）与TOA类似，只是测量得到的是时间差而非绝对时间。这种方法只需参考节点之间保持同步，不要求参考节点与被测点之间的严格的时间同步，使系统相对简化，所以在定位系统中应用最广。TDOA定位即双曲线定位，二维定位中需要使用4个定位基站。通过测量标签到每两个基站之间的距离差，距离差等于常量即可绘制出双曲线，而曲线交点即可确定标签坐标。

3.3 信号到达角

        AOA（angle of arrival）是指通过测得节点发射的无线信号到达定位节点时，信号的传播方向与定位节点所在水平面的夹角的大小，来计算节点所在的具体位置，需要角度传感器或者接收阵列，必须要比较准确地测量得到通信半径内的其它临近锚节点发射的信号到达的角度值，才能保证定位精度达到系统要求。

3.4 接收信号强度

        RSSI即指通过测量节点发出的无线信号在定位节点处的信号接收强度作为定位特征量，利用采集到的RSSI值定位目标节点的位置，最经典是基于路径损耗模型实现定位（又叫三边测量）。如果我们已经知道了这些AP的位置，我们可以利用信号衰减模型估算出移动设备距离各个AP的距离,然后根据智能机到周围AP距离画圆，其交点就是该设备的位置。