GPS和基站定位技術(shù)基本滿足了用戶在室外場(chǎng)景中對(duì)位置服務(wù)的需求。然而,人的一生當(dāng)中有80%的時(shí)間是在室內(nèi)度過的,個(gè)人用戶、服務(wù)機(jī)器人、新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等大量的定位需求也發(fā)生在室內(nèi);而室內(nèi)場(chǎng)景受到建筑物的遮擋,GNSS信號(hào)快速衰減,甚至完全拒止,無(wú)法滿足室內(nèi)場(chǎng)景中導(dǎo)航定位的需要。近年來(lái),位置服務(wù)的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正從室外向室內(nèi)發(fā)展,以提供無(wú)所不在的基于位置的服務(wù),其主要推動(dòng)力是室內(nèi)位置服務(wù)所能帶來(lái)的巨大的應(yīng)用和商業(yè)潛能......
早在15世紀(jì),當(dāng)人類開始探索海洋的時(shí)候,定位技術(shù)也隨之催生。當(dāng)時(shí)的定位方法十分粗糙,就是是運(yùn)用航海圖和星象圖以確定自己的位置。
隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展,定位技術(shù)在技術(shù)手段、定位精度、可用性等方面均取得質(zhì)的飛越,并且逐步從航海、航天、航空、測(cè)繪、軍事、自然災(zāi)害預(yù)防等“高大上”的領(lǐng)域逐步滲透社會(huì)生活的方方面面,成為人們?nèi)粘V胁豢苫蛉钡闹匾獞?yīng)用——比如人員搜尋、位置查找、交通管理、車輛導(dǎo)航與路線規(guī)劃等等……
總體來(lái)說,定位可以按照使用場(chǎng)景的不同劃分為室內(nèi)定位和室外定位兩大類,因?yàn)閳?chǎng)景不同,需求也就不同,所以分別采用的定位技術(shù)也不盡相同。
成熟的室外定位技術(shù)
目前應(yīng)用于室外定位的主流技術(shù)主要有衛(wèi)星定位和基站定位兩種。
1.衛(wèi)星定位
衛(wèi)星定位即是通過接收衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信號(hào)來(lái)進(jìn)行定位,衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有:美國(guó)全球定位系(GPS)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)、歐洲伽利略(GALILEO)系統(tǒng)、中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),其中GPS系統(tǒng)是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的衛(wèi)星定位技術(shù)。
GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成:空間部分、地面控制部分、用戶設(shè)備部分。
空間部分是由24 顆工作衛(wèi)星組成,它們均勻分布在6 個(gè)軌道面上(每個(gè)軌道面4 顆),衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4 顆以上的衛(wèi)星,并能保持良好定位解算精度的幾何圖象;
控制部分主要由監(jiān)測(cè)站、主控站、備用主控站、信息注入站構(gòu)成,主要負(fù)責(zé)GPS衛(wèi)星陣的管理控制;
用戶設(shè)備部分主要是GPS接收機(jī),主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào),獲得定位信息和觀測(cè)量,經(jīng)數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)定位。
GPS的定位原理說白了就是通過四顆已知位置的衛(wèi)星來(lái)確定GPS接收器的位置。
要達(dá)到這一目的,衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間,再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾,這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離,而是偽距)。
當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí),會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡(jiǎn)稱偽碼)發(fā)射導(dǎo)航電文。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。然而,由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步,所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外,還要引進(jìn)一個(gè)變量 t 即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù),然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來(lái)。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置,至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。如下圖所示:
圖:GPS定位原理
衛(wèi)星定位雖然精度高、覆蓋廣,但其成本昂貴、功耗大,并不適合于所有用戶。
2.基站定位
基站定位一般應(yīng)用于手機(jī)用戶,手機(jī)基站定位服務(wù)又叫做移動(dòng)位置服務(wù)(LBS,Location Based Service),它是通過電信移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)(如GSM網(wǎng))獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息。
手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備在插入sim卡開機(jī)以后,會(huì)主動(dòng)搜索周圍的基站信息,與基站建立聯(lián)系,而且在可以搜索到信號(hào)的區(qū)域,手機(jī)能搜索到的基站不止一個(gè),只不過遠(yuǎn)近程度不同,再進(jìn)行通信時(shí)會(huì)選取距離最近、信號(hào)最強(qiáng)的基站作為通信基站。其余的基站并不是沒有用處了,當(dāng)你的位置發(fā)生移動(dòng)時(shí),不同基站的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化,如果基站A的信號(hào)不如基站B了,手機(jī)為了防止突然間中斷鏈接,會(huì)先和基站B進(jìn)行通信,協(xié)調(diào)好通信方式之后就會(huì)從A切換到B。這也就是為什么同樣是待機(jī)一天,你在火車上比在家里耗電要多的原因,手機(jī)需要不停的搜索、連接基站。
基站定位的原理也很簡(jiǎn)單:我們知道,距離基站越遠(yuǎn),信號(hào)越差,根據(jù)手機(jī)收到的信號(hào)強(qiáng)度可以大致估計(jì)距離基站的遠(yuǎn)近,當(dāng)手機(jī)同時(shí)搜索到至少三個(gè)基站的信號(hào)時(shí)(現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋這是很輕松的一件事情),大致可以估計(jì)出距離基站的遠(yuǎn)近;基站在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中是唯一確定的,其地理位置也是唯一的,也就可以得到三個(gè)基站(三個(gè)點(diǎn))距離手機(jī)的距離,根據(jù)三點(diǎn)定位原理,只需要以基站為圓心,距離為半徑多次畫圓即可,這些圓的交點(diǎn)就是手機(jī)的位置。
圖:基站“三點(diǎn)定位”原理
由于基站定位時(shí),信號(hào)很容易受到干擾,所以先天就決定了它定位的不準(zhǔn)確性,精度大約在150米左右,基本無(wú)法開車導(dǎo)航。定位條件是必須在有基站信號(hào)的位置,手機(jī)處于sim卡注冊(cè)狀態(tài)(飛行模式下開wifi和拔出sim卡都不行),而且必須收到3個(gè)基站的信號(hào),無(wú)論是否在室內(nèi)。但是,定位速度超快,一旦有信號(hào)就可以定位,目前主要用途是沒有GPS且沒有wifi的情況下快速大體了解下你的位置。
表:兩種室外定位技術(shù)的對(duì)比
定位技術(shù)?GPS定位?LBS定位?
原理?衛(wèi)星定位?基站定位?
精度?精度高(5-10m)?精度較低(市區(qū)20-200m;郊區(qū)1000-2000m)?
耗電量?很大,需要手機(jī)為GPS模塊提供高壓供電?基站采集數(shù)據(jù)即可,不消耗手機(jī)電量?
優(yōu)點(diǎn)?室外定位精度高;
? ?覆蓋廣?定位速度超快;
? ?不受天氣、高樓、位置等等的影響;
? ?功耗低?
缺點(diǎn)?1.GPS系統(tǒng)的天線必須在室外并且能看到大面積天空,否則無(wú)法定位,受天氣和位置影響很大;
?2.比較耗電;
?3.成本較高?1.定位條件是必須在有基站信號(hào)的位置,手機(jī)處于sim卡注冊(cè)狀態(tài)),且必須收到3個(gè)基站的信號(hào);
?2.定位精度低?
定位技術(shù)從室外走向室內(nèi)
GPS和基站定位技術(shù)基本滿足了用戶在室外場(chǎng)景中對(duì)位置服務(wù)的需求。然而,人的一生當(dāng)中有80%的時(shí)間是在室內(nèi)度過的,個(gè)人用戶、服務(wù)機(jī)器人、新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等大量的定位需求也發(fā)生在室內(nèi);而室內(nèi)場(chǎng)景受到建筑物的遮擋,GNSS信號(hào)快速衰減,甚至完全拒止,無(wú)法滿足室內(nèi)場(chǎng)景中導(dǎo)航定位的需要。
近年來(lái),位置服務(wù)的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正從室外向室內(nèi)發(fā)展,以提供無(wú)所不在的基于位置的服務(wù),其主要推動(dòng)力是室內(nèi)位置服務(wù)所能帶來(lái)的巨大的應(yīng)用和商業(yè)潛能。許多公司包括OS提供商、服務(wù)提供商,設(shè)備和芯片提供商都在競(jìng)爭(zhēng)這個(gè)市場(chǎng)。
1.室內(nèi)定位應(yīng)用
室內(nèi)定位即通過技術(shù)手段獲知人們?cè)谑覂?nèi)所處的實(shí)時(shí)位置或者行動(dòng)軌跡?;谶@些信息能夠?qū)崿F(xiàn)多種應(yīng)用。
大型商場(chǎng)中的商戶能夠通過室內(nèi)定位技術(shù)獲知哪些地方人流量最大,客人們通常會(huì)選擇哪些行動(dòng)路線等,從而更科學(xué)地布置柜臺(tái)或者選擇舉辦促銷活動(dòng)的地點(diǎn)。
客人也可以利用室內(nèi)定位技術(shù)更方便地找到所需購(gòu)買物品的擺放區(qū)域,并獲得前往該處的最佳路線。
家長(zhǎng)不用再擔(dān)心孩子在商場(chǎng)中走失,通過室內(nèi)定位技術(shù)可以實(shí)時(shí)定位孩子的位置。
公司的管理者則可以運(yùn)用室內(nèi)定位技術(shù)實(shí)時(shí)獲知室內(nèi)的人員狀況,從而更好地優(yōu)化空調(diào)的使用等,達(dá)到節(jié)能減排的目的,還能夠有效提高安全保衛(wèi)的水平。
通過部署室內(nèi)定位技術(shù),電信運(yùn)營(yíng)商能夠更好地找到室內(nèi)覆蓋的“盲點(diǎn)”和“熱點(diǎn)”區(qū)域,更好地在室內(nèi)為用戶提供通信服務(wù)。
2.室內(nèi)定位面臨的挑戰(zhàn)
和室外定位相比,室內(nèi)定位面臨很多獨(dú)特的挑戰(zhàn), 比如說室內(nèi)的環(huán)境動(dòng)態(tài)性很強(qiáng),可以說是多種多樣,不同的大廈會(huì)有不同的室內(nèi)布局;室內(nèi)的環(huán)境更加精細(xì),由此也需要更高的精度來(lái)分辨不同的特征。
那么實(shí)用的室內(nèi)定位解決方案都需要滿足那些要求呢?主要包括以下幾個(gè)方面:精度、覆蓋范圍、可靠性、成本、功耗、可擴(kuò)展性和響應(yīng)時(shí)間。
精度:對(duì)精度的要求不同的應(yīng)用差別很大,比如在超市或倉(cāng)庫(kù)找一個(gè)特定的商品可能需要1米甚至更低的精度,如果在購(gòu)物中心尋找一個(gè)特定的品牌或餐館,5-10米的精度就能滿足要求。
覆蓋范圍:覆蓋范圍主要是指一個(gè)技術(shù)和解決方案可以在多大的范圍內(nèi)提供滿足精度的覆蓋。有些技術(shù)需要相應(yīng)或?qū)S玫幕A(chǔ)設(shè)施支撐并結(jié)合相應(yīng)的定位終端使用,這樣它的覆蓋就只是布局了相應(yīng)技術(shù)的環(huán)境范圍。
可靠性:前面提到室內(nèi)環(huán)境動(dòng)態(tài)性很強(qiáng),會(huì)經(jīng)常發(fā)生改變,比如商場(chǎng)的設(shè)置和隔斷會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化。另一方面,定位所依賴的基礎(chǔ)設(shè)施也會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化。舉個(gè)例子,一些大型的會(huì)議,參展商會(huì)架設(shè)自己的WiFi 熱點(diǎn), 這些設(shè)施會(huì)動(dòng)態(tài)變化位置,甚至有時(shí)開有時(shí)關(guān),如果定位技術(shù)是基于WiFi的,可靠的系統(tǒng)應(yīng)該不會(huì)受到這些因素的影響。
成本和復(fù)雜度:成本和復(fù)雜度指標(biāo)涵蓋兩個(gè)方面。一個(gè)是定位終端的成本,是不是可以用終端已有的硬件而不添加新的硬件。另一方面是布局和維護(hù)的成本及其復(fù)雜度,包括布局與維護(hù)定位所需要的設(shè)施和采集相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)。
功耗:定位所產(chǎn)生的功耗是一個(gè)很重要的指標(biāo)尤其對(duì)使用電池的移動(dòng)設(shè)備,如果功耗大很快使設(shè)備沒電了,就限制了用戶的使用。有調(diào)查表明,電池消耗過快是很多用戶不開啟定位功能的一個(gè)主要因素。所以,如果要實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的位置感知,必須降低定位所增加的設(shè)備額外功耗。
可擴(kuò)展性:可擴(kuò)展性指一個(gè)解覺方案擴(kuò)展到更大的覆蓋范圍使用的能力,和方便地移植到不同的環(huán)境和應(yīng)用的能力。
響應(yīng)時(shí)間:系統(tǒng)給出一個(gè)位置更新所需的時(shí)間是響應(yīng)時(shí)間,不同的應(yīng)用需求不同,比如移動(dòng)用戶和導(dǎo)航應(yīng)用需要快的位置更新。
蓬勃發(fā)展的室內(nèi)定位技術(shù)
室內(nèi)定位的技術(shù)分支多樣,下圖是各種室內(nèi)定位方案的對(duì)比圖:
目前室內(nèi)定位常用的定位方法,從原理上主要分為七種:鄰近探測(cè)法、質(zhì)心定位法、多邊定位法、三角定位法、極點(diǎn)法、指紋定位法和航位推算法。
定位原理?描述?特點(diǎn)?
臨近探測(cè)法?通過一些有范圍限制的物理信號(hào)的接收,從而判斷移動(dòng)設(shè)備是否出現(xiàn)在某一個(gè)發(fā)射點(diǎn)附近。?該方法雖然只能提供大概的定位信息,但其布設(shè)成本低、易于搭建,適合于一些對(duì)定位精度要求不高的應(yīng)用,例如自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)用于公司的員工簽到。?
質(zhì)心定位法?根據(jù)移動(dòng)設(shè)備可接收信號(hào)范圍內(nèi)所有已知的信標(biāo)(beacon)位置,計(jì)算其質(zhì)心坐標(biāo)作為移動(dòng)設(shè)備的坐標(biāo)。?該方法易于理解,計(jì)算量小,定位精度取決于信標(biāo)的布設(shè)密度。?
多邊定位法?通過測(cè)量待測(cè)目標(biāo)到已知參考點(diǎn)之間的距離,從而確定待測(cè)目標(biāo)的位置。?精度高、應(yīng)用廣。?
三角定位法?該方法是在獲取待測(cè)目標(biāo)相對(duì)2個(gè)已知參考點(diǎn)的角度后結(jié)合兩參考點(diǎn)間的距離信息可以確定唯一的三角形,即可確定待測(cè)目標(biāo)的位置。?精度高、應(yīng)用廣。?
極點(diǎn)法?通過測(cè)量相對(duì)某一已知參考點(diǎn)的距離和角度從而確定待測(cè)點(diǎn)的位置。?該方法僅需已知一個(gè)參考點(diǎn)的位置坐標(biāo),因此使用非常方便,已經(jīng)在大地測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。?
指紋定位法?在定位空間中建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù),通過將實(shí)際信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。?指紋定位的優(yōu)勢(shì)是幾乎不需要參考測(cè)量點(diǎn),定位精度相對(duì)較高;但缺點(diǎn)是前期離線建立指紋庫(kù)的工作量巨大,同時(shí)很難自適應(yīng)于環(huán)境變化較大的場(chǎng)景。?
航位推算法?是在已知上一位置的基礎(chǔ)上,通過計(jì)算或已知的運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間計(jì)算得到當(dāng)前的位置。?數(shù)據(jù)穩(wěn)定,無(wú)依賴,但該方法存在累積誤差,定位精度隨著時(shí)間增加而惡化。?
不同的室內(nèi)定位方法選擇不同的觀測(cè)量,通過不同的觀測(cè)量提取算法所需要的信息。下表對(duì)主要的觀測(cè)量進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。
觀測(cè)量?簡(jiǎn)介?
RSSI測(cè)量?它是通過計(jì)算信號(hào)的傳播損耗,可以使用理論或者經(jīng)驗(yàn)?zāi)P蛠?lái)將傳播損耗轉(zhuǎn)化為距離,也可以用于指紋定位建立指紋庫(kù)。?
TOA測(cè)量?該方法主要測(cè)量信號(hào)在基站和移動(dòng)臺(tái)之間的單程傳播時(shí)間或來(lái)回傳播時(shí)間。前者要求基站與移動(dòng)臺(tái)間的時(shí)鐘同步。?
TDOA測(cè)量?該方法同樣是測(cè)量信號(hào)到達(dá)時(shí)間,但使用到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行定位計(jì)算,可利用雙曲線交點(diǎn)確定移動(dòng)臺(tái)位置,故可以避免對(duì)基站和移動(dòng)臺(tái)的精確同步。?
AOA測(cè)量?該方法是指接收機(jī)通過天線陣列測(cè)出電磁波的入射角度,包括測(cè)量基站信號(hào)到移動(dòng)臺(tái)的角度或者移動(dòng)臺(tái)信號(hào)到達(dá)基站的角度。每種方式均會(huì)產(chǎn)生從基站到移動(dòng)臺(tái)的方向線。2個(gè)基站可以得到2條方向線,其交點(diǎn)即為移動(dòng)臺(tái)位置。因此,AOA方法只需要2個(gè)基站即可確定移動(dòng)臺(tái)位置。?
方向和距離?獲取方向和距離多用于航位推算定位,采用自包含傳感器記錄載體的物理信息,計(jì)算得到方向和距離,從而在已知上一位置的基礎(chǔ)上計(jì)算得到當(dāng)前的位置。?
根據(jù)上面介紹的定位原理和觀測(cè)量,衍生出了多種室內(nèi)定位技術(shù),下面將對(duì)主流的室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
1.WiFi定位技術(shù)
目前WiFi是相對(duì)成熟且應(yīng)用較多的技術(shù),這幾年有不少公司投入到了這個(gè)領(lǐng)域。WiFi室內(nèi)定位技術(shù)主要有兩種。
WiFi定位一般采用“近鄰法”判斷,即最靠近哪個(gè)熱點(diǎn)或基站,即認(rèn)為處在什么位置,如附近有多個(gè)信源,則可以通過交叉定位(三角定位),提高定位精度。
由于WiFi已普及,因此不需要再鋪設(shè)專門的設(shè)備用于定位。用戶在使用智能手機(jī)時(shí)開啟過Wi-Fi、移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò),就可能成為數(shù)據(jù)源。該技術(shù)具有便于擴(kuò)展、可自動(dòng)更新數(shù)據(jù)、成本低的優(yōu)勢(shì),因此最先實(shí)現(xiàn)了規(guī)?;?。
不過,WiFi熱點(diǎn)受到周圍環(huán)境的影響會(huì)比較大,精度較低。為了做得準(zhǔn)一點(diǎn)有公司就做了WiFi指紋采集,事先記錄巨量的確定位置點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度,通過用新加入的設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比擁有巨量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù),來(lái)確定位置。
由于采集工作需要大量的人員來(lái)進(jìn)行,并且要定期進(jìn)行維護(hù),技術(shù)難以擴(kuò)展,很少有公司能把國(guó)內(nèi)的這么多商場(chǎng)定期的更新指紋數(shù)據(jù)。
WiFi定位可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位,但精度只能達(dá)到2米左右,無(wú)法做到精準(zhǔn)定位。因此適用于對(duì)人或者車的定位導(dǎo)航,可以于醫(yī)療機(jī)構(gòu)、主題公園、工廠、商場(chǎng)等各種需要定位導(dǎo)航的場(chǎng)合。
2.FRID定位
RFID定位的基本原理是,通過一組固定的閱讀器讀取目標(biāo)RFID標(biāo)簽的特征信息(如身份ID、接收信號(hào)強(qiáng)度等),同樣可以采用近鄰法、多邊定位法、接收信號(hào)強(qiáng)度等方法確定標(biāo)簽所在位置。
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,無(wú)法做到精準(zhǔn)定位,布設(shè)讀卡器和天線需要有大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)難度大。
3.紅外技術(shù)
紅外線是一種波長(zhǎng)在無(wú)線電波和可見光波之間的電磁波。紅外定位主要有兩種具體實(shí)現(xiàn)方法,一種是將定位對(duì)象附上一個(gè)會(huì)發(fā)射紅外線的電子標(biāo)簽,通過室內(nèi)安放的多個(gè)紅外傳感器測(cè)量信號(hào)源的距離或角度,從而計(jì)算出對(duì)象所在的位置。
這種方法在空曠的室內(nèi)容易實(shí)現(xiàn)較高精度,可實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射源的被動(dòng)定位,但紅外很容易被障礙物遮擋,傳輸距離也不長(zhǎng),因此需要大量密集部署傳感器,造成較高的硬件和施工成本。此外紅外易受熱源、燈光等干擾,造成定位精度和準(zhǔn)確度下降。
該技術(shù)目前主要用于軍事上對(duì)飛行器、坦克、導(dǎo)彈等紅外輻射源的被動(dòng)定位,此外也用于室內(nèi)自走機(jī)器人的位置定位。
另一種紅外定位的方法是紅外織網(wǎng),即通過多對(duì)發(fā)射器和接收器織成的紅外線網(wǎng)覆蓋待測(cè)空間,直接對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位。
這種方式的優(yōu)勢(shì)在于不需要定位對(duì)象攜帶任何終端或標(biāo)簽,隱蔽性強(qiáng),常用于安防領(lǐng)域。劣勢(shì)在于要實(shí)現(xiàn)精度較高的定位需要部署大量紅外接收和發(fā)射器,成本非常高,因此只有高等級(jí)的安防才會(huì)采用此技術(shù)。
4.超聲波技術(shù)
超聲波定位目前大多數(shù)采用反射式測(cè)距法。系統(tǒng)由一個(gè)主測(cè)距器和若干個(gè)電子標(biāo)簽組成,主測(cè)距器可放置于移動(dòng)機(jī)器人本體上,各個(gè)電子標(biāo)簽放置于室內(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)。
目前,比較流行的基于超聲波室內(nèi)定位的技術(shù)還有兩種:一種為將超聲波與射頻技術(shù)結(jié)合進(jìn)行定位。由于射頻信號(hào)傳輸速率接近光速,遠(yuǎn)高于射頻速率,那么可以利用射頻信號(hào)先激活電子標(biāo)簽而后使其接收超聲波信號(hào),利用時(shí)間差的方法測(cè)距。這種技術(shù)成本低,功耗小,精度高。另一種為多超聲波定位技術(shù)。該技術(shù)采用全局定位,可在移動(dòng)機(jī)器人身上4個(gè)朝向安裝4個(gè)超聲波傳感器,將待定位空間分區(qū),由超聲波傳感器測(cè)距形成坐標(biāo),總體把握數(shù)據(jù),抗干擾性強(qiáng),精度高,而且可以解決機(jī)器人迷路問題。
超聲波定位精度可達(dá)厘米級(jí),精度比較高。缺陷是超聲波在傳輸過程中衰減明顯從而影響其定位有效范圍。
藍(lán)牙定位基于RSSI(Received Signal Strength Indication,信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)指示)定位原理。根據(jù)定位端的不同,藍(lán)牙定位方式分為網(wǎng)絡(luò)側(cè)定位和終端側(cè)定位。
網(wǎng)絡(luò)側(cè)定位系統(tǒng)由終端(手機(jī)等帶低功耗藍(lán)牙的終端)、藍(lán)牙beacon節(jié)點(diǎn),藍(lán)牙網(wǎng)關(guān),無(wú)線局域網(wǎng)及后端數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成。其具體定位過程是:
1)首先在區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)beacon和藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)。
評(píng)論