室內(nèi)定位技術(shù)常用的定位方式(常用的室內(nèi)定位技術(shù))

室內(nèi)定位技術(shù) 常用 定位方式| 2021-10-25 hwszkj 智能礦業(yè)

這一類定位方式,主要通過手機(jī)或者特定接收端,WiFi和藍(lán)牙普通的手機(jī)具有接受模塊,RFID部分手機(jī)具有,uwb定位需要專門的接收設(shè)備,當(dāng)然也有號(hào)稱把UWB定位設(shè)備集成到手機(jī)里的硬件公司,這個(gè)目前就不再我討論的范圍里面了。通過接收以上設(shè)備發(fā)射的無線信號(hào)進(jìn)行定位,就好像GPS定位一樣。

一、室內(nèi)定位技術(shù)常用的定位方式

1、信號(hào)到達(dá)時(shí)間

被測(cè)點(diǎn)(標(biāo)簽)發(fā)射信號(hào)到達(dá) 3 個(gè)以上的參考節(jié)點(diǎn)接收機(jī)(基站),通過測(cè)量到達(dá)不同接收機(jī)所用的時(shí)間,得到發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的距離,然后以接收機(jī)為圓心,所測(cè)得的距離為半徑做圓,3 個(gè)圓的交點(diǎn)即為被測(cè)點(diǎn)所在的位置。但是TOA要求參考節(jié)點(diǎn)與被測(cè)點(diǎn)保持嚴(yán)格的時(shí)間同步,多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合無法滿足這一要求。

該方法實(shí)現(xiàn)過程中,需要測(cè)得定位標(biāo)簽與每個(gè)基站的距離信息,從而定位標(biāo)簽需要與每個(gè)基站進(jìn)行來回通信,因此定位標(biāo)簽功耗較高。該定位方法的優(yōu)勢(shì)在于在定位區(qū)域內(nèi)外(基站圍成區(qū)域的內(nèi)外),都能保持很高的定位精度。

2、信號(hào)到達(dá)時(shí)間差

與TOA類似,只是測(cè)量得到的是時(shí)間差而非絕對(duì)時(shí)間。這種方法只需參考節(jié)點(diǎn)之間保持同步,不要求參考節(jié)點(diǎn)與被測(cè)點(diǎn)之間的嚴(yán)格的時(shí)間同步,使系統(tǒng)相對(duì)簡化,所以在定位系統(tǒng)中應(yīng)用最廣。

TDOA定位即雙曲線定位,二維定位中需要使用4個(gè)定位基站。通過測(cè)量標(biāo)簽到每兩個(gè)基站之間的距離差,距離差等于常量即可繪制出雙曲線,而曲線交點(diǎn)即可確定標(biāo)簽坐標(biāo)。該方法實(shí)現(xiàn)過程中,標(biāo)簽只需要廣播一次UWB信號(hào)即可,因此有利于標(biāo)簽的功耗及標(biāo)簽并發(fā)數(shù)量。

3、信號(hào)到達(dá)角

AOA 是指通過測(cè)得錨節(jié)點(diǎn)發(fā)射的無線信號(hào)到達(dá)定位節(jié)點(diǎn)時(shí),信號(hào)的傳播方向與定位節(jié)點(diǎn)所在水平面的夾角的大小,來計(jì)算節(jié)點(diǎn)所在的具體位置,需要角度傳感器或者接收陣列,必須要比較準(zhǔn)確地測(cè)量得到通信半徑內(nèi)的其它臨近錨節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)到達(dá)的角度值,才能保證定位精度達(dá)到系統(tǒng)要求。由于其對(duì)硬件要求高,且易受外界環(huán)境影響,所以該算法在實(shí)際應(yīng)用中受限。

4、接收信號(hào)強(qiáng)度

RSS 即指通過測(cè)量錨節(jié)點(diǎn)發(fā)出的無線信號(hào)在定位節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)接收強(qiáng)度作為定位特征量,利用采集到的 RSS 值定位目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置,其定位算法主要有兩種。分別是基于路徑損耗模型實(shí)現(xiàn)定位(又叫三邊測(cè)量)和根據(jù)指紋識(shí)別算法(也叫模式匹配)得到定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息。

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二、常用的室內(nèi)定位技術(shù)

1、超寬帶(UWB)室內(nèi)定位技術(shù)

超寬帶(UWB)無線定位技術(shù)由于功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低,尤其是能提供非常精確的定位精度等優(yōu)點(diǎn),而成為未來無線室內(nèi)定位技術(shù)的熱點(diǎn)和首選。

UWB 定位技術(shù)為一種發(fā)射功率較弱,傳輸速率驚人(上限達(dá)到 1000Mbps 以上),穿透能力相對(duì)優(yōu)秀,空間容量充足,而且是根據(jù)極窄脈沖下的一種無線技術(shù),且無載波。通過這些優(yōu)勢(shì),在室內(nèi)定位中發(fā)揮的淋漓盡致,起到了很好的效果。

精位科技UWB定位系統(tǒng)就是基于uwb室內(nèi)定位技術(shù)研究開發(fā)的,其定位精度可達(dá)到厘米級(jí),具有高精度、高動(dòng)態(tài)、高容量、低功耗等優(yōu)點(diǎn),主要用于煤礦、化工、電力能源、醫(yī)院、養(yǎng)老院、隧道、制造業(yè)、公檢司法等行業(yè)。

2、射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)

它是利用電磁感應(yīng)原理,通過無線激發(fā)近距離無線標(biāo)簽,實(shí)現(xiàn)信息讀取的技術(shù)。射頻識(shí)別距離從幾厘米到十幾米。RFID 用于人員定位的典型應(yīng)用來自人員考勤系統(tǒng)的拓展,相比 UWB 定位技術(shù),RFID 主要用于人員是否存在于某個(gè)區(qū)域的辨識(shí),不能做到實(shí)時(shí)跟蹤,并且定位應(yīng)用還沒有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)體系。因此,不適用于大型設(shè)備的巡檢、人員安全的確認(rèn)等用途。

3、WI-FI 技術(shù)

Wi-Fi 定位應(yīng)用采用在區(qū)域內(nèi)安置無線基站,根據(jù)待定位 Wi-Fi 設(shè)備的信號(hào)特征,結(jié)合無線基站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),綜合確定待定位 Wi-Fi 設(shè)備的坐標(biāo)。Wi-Fi 定位技術(shù)便于利用現(xiàn)有的無線設(shè)備實(shí)現(xiàn)定位功能。

但相比于 UWB 定位來說, Wi-Fi 的安全性較差,功耗較高,頻譜資源已趨近飽和,因此,不利于終端設(shè)備的長期攜帶和大規(guī)模應(yīng)用。

4、藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)

其具體定位原理是基于RSSI信號(hào)強(qiáng)度定位,首先在區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)藍(lán)牙信標(biāo),由 Beacon 發(fā)射信號(hào),藍(lán)牙設(shè)備接收信號(hào)并反饋,當(dāng)設(shè)備進(jìn)入范圍內(nèi)時(shí),估算系統(tǒng)中各藍(lán)牙設(shè)備之間的距離。通過這種技術(shù),定位系統(tǒng)在確定特定設(shè)備的位置時(shí),精確度可達(dá)到米級(jí)。

藍(lán)牙存在的問題是,藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性跟不上,在復(fù)雜的環(huán)境下很容易被干擾,特別是聲音、其他信號(hào),還有藍(lán)牙設(shè)備的價(jià)格一直是處于考慮的地方。

5、 超聲波室內(nèi)定位技術(shù)

采用反射式測(cè)距法是超聲波定位最常采用的方法。該系統(tǒng)由一個(gè)主測(cè)距器與多個(gè)個(gè)電子標(biāo)簽組成,主測(cè)距器一般布置于移動(dòng)機(jī)器人本體上,各個(gè)電子標(biāo)簽則較固定一些,布置于室內(nèi)空間的固定位置。定位過程如下:先由上位機(jī)發(fā)送同頻率的信號(hào)給各個(gè)電子標(biāo)簽,電子標(biāo)簽接收到后又反射傳輸給主測(cè)距器,從而可以確定各個(gè)電子標(biāo)簽到主測(cè)距器之間的距離,并得到定位坐標(biāo)。

其具體定位原理是基于RSSI信號(hào)強(qiáng)度定位,首先在區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)藍(lán)牙信標(biāo),由 Beacon 發(fā)射信號(hào),藍(lán)牙設(shè)備接收信號(hào)并反饋,當(dāng)設(shè)備進(jìn)入范圍內(nèi)時(shí),估算系統(tǒng)中各藍(lán)牙設(shè)備之間的距離。通過這種技術(shù),定位系統(tǒng)在確定特定設(shè)備的位置時(shí),精確度可達(dá)到米級(jí)。

藍(lán)牙存在的問題是,藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性跟不上,在復(fù)雜的環(huán)境下很容易被干擾,特別是聲音、其他信號(hào),還有藍(lán)牙設(shè)備的價(jià)格一直是處于考慮的地方。