衛(wèi)星信號(hào)易被干擾 室內(nèi)定位技術(shù)解析
我們一般地道GPS定位,首先想到的就是通過(guò)接受多個(gè)衛(wèi)星信號(hào),判斷自己的坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行定位的方式。而GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最大的缺點(diǎn)在于衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)播距離遠(yuǎn)并且容易受到外界的干擾,特別是現(xiàn)在絕大多數(shù)的城市都是高樓聳立,阻隔衛(wèi)星信號(hào)的物體越來(lái)越多。而在室內(nèi)我們是完全不可能體驗(yàn)到GPS帶來(lái)的定位服務(wù)。但是對(duì)于室內(nèi)定位的研究一直都沒(méi)有停下過(guò)腳步,今天讓我們一起熟悉一下常見(jiàn)的室內(nèi)定位方式。
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室內(nèi)定位已經(jīng)不是非常神秘的技術(shù)了
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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)線電信號(hào),應(yīng)答器在收到無(wú)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(guò)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(wú)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(cāng)庫(kù)。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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)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。
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利用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)定位是目前最容易獲取的一種室內(nèi)定位方式
Wi-Fi技術(shù)。無(wú)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。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(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)總精度高。利用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)定位的原理與Wi-Fi技術(shù)是相同的。
ZigBee技術(shù)。ZigBee是一種新興的短距離、低速率無(wú)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(wú)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(guò)無(wú)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(jué)、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)。