无线室内定位技术概要
无线室内定位技术*
张立立钟耳顺
中国科学院地理科学与自然资源研究所北京100101
摘要:随着普适计算(Ubiquitous Computation的发展,无线室内定位成为一个重要的研究方向。本文对国内外室内定位(Indoor Position Location技术进行了综述,总结了无线室内定位的若干关键技术和主要的原理方法,并对无线室内定位技术的应用及其相关计算技术作了分析和介绍。
关键词:室内定位Indoor Position Location LBS
Abastract :With the emerging of Ubiquitous Computation,wireless location position location,which can provide us the physical location
of things,is becoming more and more important technique.The paper described some instances of Indoor position Location system,and elaborated the properties of Indoor position Location and some technique details.We also involved some of the applications of Indoor position Location and related technologies such as LBS and GIS.
Keywords:Indoor Position Location,GIS,LBS,Location Oriented Communication
1.引言
移动计算(Mobile Computing技术的一项重要应用就是向大众提供定位服务。定位服务从普通的商业活动,科学研究,直至抢险搜救等各行业中都有着重要的应用。对于户外环境,GPS 是一种成熟的无线定位技术,已在很多行业得到了广泛的应
用;但是在人们活动最为频繁的室内环境中是无法接收到GPS 信号。为此,人们探索了很多技术方法以满足无线室内定位的需求。本文将详细阐述目前被广泛关注的几种无线室内定位技术,归纳其主要特点,同时给出一些典型的商业或实验性质的无线室内定位系统示例。然后我们将论述无线室内定位系统的体系结构特征,最后讨论无线室内定位系统的一些发展前景和面临的一些技术难题。需要说明的是,相对于文献[1]对定位系统的综述,我们的研究重点是室内定位技术和室内定位系统及其相关技术问题。虽然室内定位是定位技术的一种,和室外的无线定位技术相比有一定的共性,但是室内环境的复杂性和对定位精度和安全性的特殊要求,使得室内无线定位技术有着不同于普通定位系统的鲜明特点,而且这些特点是户外定位技术所不具备的。 2.无线室内定位的关键技术
与户外环境相比,室内环境要复杂的多。建筑物的布局、内部结构、材料、装饰装修情况等都会对室内定位的效果产生影响。除去纯技术方面的考虑,许多人为的限制因素,如安全性,个人隐私的考虑等,也对室内定位技术体系有很大的影响。从不同的应用和需求出发,人们提出了很多种不同的可用于室内定位的技术方法,如利用红外,超声波,无线电波的传播模型等推算位置。这些方法一般都有很强的应用背景,适用的定位服务对象也不尽相同。为方便我们对不同定位技术方法进行研究评价,我们对目前的一些室内定位技术和定位服务需求进行了考察,总结出以下几个重要的特点。 2.1.定位系统的坐标系配置和位置信息的表达方法
坐标系的建立是定位的前提。GPS 通过全球经纬坐标系统定位,可以给出某一点精确的经纬度。一般说来,室内定位系统是针对某一建筑物建立独立的坐标体系,并以此为定位依据。当然,我们也完全可以通过若干控制点的测量,换算建筑物独立坐标和全球坐标系统,以实现室内室外坐标系的整合。在计算目标坐标位置时,一些定位系统建立固定的坐标系统,有固定的参照点;而另一些系统则不依赖固定的参照点定位,或者虽然通过和参照点的相对位置表达信息,但参照点的位置却是动态变化的,每一个被定位对象的坐标都用它和其他物体的相对位置决定。也就是说系统并不真正建立一个坐标系统,而只是在需要的时候才进行换算。在室内环境中,人们往
往不需要或者不关心定位对象的绝对坐标位置,人们更希望系统能够提供诸如“某人在一楼大厅,打印机在309房间”等这样的定位
* 基金项目:中国科学院领域前沿项目“面向.NET 框架的地理信息服务关键技术预研究”(CXIOG-D01-01支持
*
信息,这实际上是一种地址信息。地址信息是一种模糊的信息,并不能直接显示在地图上。地理信息系统(GIS中为了解决这个问题,提出了地址编码(Geocoding技术,用来匹配地址信息和地图位置。由于在室内定位系统中,人们普遍关注地址信息,因此地址编码在室内定位系统中将发挥重要的作用。
2.2.位置信息通信和室内位置信息计算的安全性
人或物体在室内的位置是敏感的。除非在特定的环境下,人们并不希望把自己的位置信息透露给不相干的人,这就出现了位置信息的安全性问题。这个问题包括两个方面:一是位置信息的计算方式,二是位置信息传输的安全性。目前存在两种位置的计算方式:一种是定位信息在被定位者一端计算(本地计算,被定位者获得自己的位置信息后,决定如何公布自己的位置信息。另一种则是由中心服务器集中处理所有被定位者的信息(集中计算,并按照一定的方式向相关人员广播。一般认为本地计算是更安全的方式,系统应至少能够允许进行本地计算。而位置信息传输则是通信安全的范畴,我们就不多讨论了。
2.3.定位精度
不同的应用对定位精度有着不同的要求。室内环境本身比较小,一般说来要求定位精度比较高才能够满足应用需要。但是室内定位需要回答的往往是这样的问题:“某人在哪个房间?”而被定位者在房间中的位置我们大部分情况下并不关心,因此实际上只要能够达到定位到房间就可以满足很多实际需要了。定位精度可以通过改进设备来不断提高,但是我们需要在精度和经济效益之间作出权衡。
2.4.位跟踪和方向判别
方向判别是定位系统中常见的问题。行进方向是很重要的信息,如GPS车辆导航中对车辆行进方向的判别。室内定位系统除了要求能够跟踪运动物体,判断行进方向外,我们往往还要求能够判断静止物体的朝向,例如人员的面向位置。静止时物体朝向是室内定位中所特有的一个问题,也是一个很重要的问题。这个功能在文献[2]中介绍的RADAR室内定位系统中有所涉及。
2.5.素识别能力
实际应用往往要求定位系统具备一定的自动识别能力。这种识别能力一般可以通过把身份识别系统和室内定位系统集成起来,如胸卡识别和条形码识别。我们还可以把成像系统或语音系统和定位系统结合,这样就可以具备更复杂的识别能力。
2.6.备依赖性
室内定位系统虽然出现的很早,但是一直没有能够得到比较广泛的使用。原因之一就是目前的室内定位系统往往需要安装特定的设备,而这些设备要么十分昂贵,要么就只能特定的建筑内安装,如监狱,保密室等。而且设备只能用于定位,没有任何别的用途,这大大限制了室内定位系统的应用。近年来,随着无线局域网(WLAN的兴起,人们开始研究把无线网络信号用于室内定位。文献[2],[3]中论述了使用WLAN来进行室内定位的试验情况。由于WLAN的发展是计算机网络的趋势,越来越多的建筑内将安装WLAN,如果能够借助WLAN来室内定位,就可以摆脱对特定设备的依赖,降低成本,使室内定位有可能得到广泛的使用。
2.7.系统稳定性
无线室内定位技术走向实用的关键之一是必须达到一定的稳定性,维护维修要比较容易,有一定的冗余度,对于室内环境的变化能够有一定的自我调节或适应能力。由于室内环境的格局,物品的摆放,装饰装修都有可能频繁变化,这要求定位技术必须具备一定抵抗环境变化干扰的能力。如房屋的格局如果发生了有限的变动,或用于定位的设备部分发生故障,我们希望系统仍然能够继续正常工作,或能够通过人
工或自适应的方式进行调节,保证定位系统的可用性。从目前的技术来看,室内定位系统的抗环境干扰能力,稳定性都存在一定的问题,这是无线室内定位技术需要着重研究解决的一个问题。
3.主要的无线室内定位技术和定位系统概述
3.1.室内定位技术的基本原理和方法
目前能够用于无线定位的技术主要有以下几种:
①红外技术IR
②无线局域网WLAN
③蓝牙技术(Blue Tooth
④超声波(Ultrasonic
⑤计算机视觉(Computer Vision
⑥磁场
这其中的一部分技术已经得到开发利用,形成了比较系统的定位服务解决方案或成形的商业产品,但很多技术还处于研究试验阶段。在文献[7]中论述了使用计算机视觉方法进行定位的试验,文献[8]则介绍了一个使用磁场压力感应的智能地板的研制试验。由于这种方法所依赖的特定设备很昂贵,目前看来实用性较低,所以文中不做讨论。我们主要讨论使用电磁波和超声波通信来实现定位的技术。
3.1.1.定位系统的一般体系结构
一般的,我们可以把定位系统的组成部分为两类:移动单元和固定单元。固定单元是定位系统的基础设施,相当于移动通信中的基站,它的位置是不能轻易变动的;移动单元是被定位的人或物所携带的设备,通常是轻便的信号发射或接收装置。移动单元通过和固定单元通信来确定它相对于固定单元的位置,从而得到它在真实世界
中的坐标。有一些定位系统不需要额外的移动端设备,如使用计算机视觉技术就能够直接感知人或物所在位置而无需再携带移动设备,但是这种定位技术往往只能适用非常有限的环境中。
在使用红外,WLAN,超声波等技术的定位系统中,都存在着信号发射单位和接收单位。移动端和固定端都有可能接收或发射信号,这取决于定位系统的工作模式。一般的,定位系统有下列几种工作模式:
第一,单一发射器,多个时间同步接收器
信号从一个移动单元发射,并由多个位置已知的、有物理网络连接且时间一致的信号接收器来接收。这种工作模式可以很容易的获得信号到达各站点的时间差,从而根据数学模型求解出移动端的坐标。
第二,单一接收器,多个时间同步发射器
脉冲信号由多个已知位置的时间同步
装置发射,移动端接收脉冲信号,并根据
信号计算自己的位置。这种工作模式比较
容易实现本地化计算方式,也就是说由移
动端自主进行定位计算和位置信息公布。
这两种工作模式如图1所示。第三,多种同步信号发射器
两种或两种以上的信号从一个已知位
置的发射单元同时发出,但是这几种信号
在空间的传播规律差别很大,例如电磁波
和超声波。移动端具备同时接收这几种信
号的能力,并根据接收到的几种信号的时
间差和速度来确定位置,如图2所示。 3.1.2.位置相关变量
一般来讲,无论使用何种技术方法,定位系统对位置的计算一般都要先获得和位置相关的变量,然后再利用数学物理模型来求算位置坐标。常用的位置相关变量主要有以下几个:
第一,信号传播时间ToF(Time of Flight
ToF 是信号从发送到被接收所经历的时间。如果信号的传播速度是已知的,那么根据ToF 容易得出移动端和固定端的距离。但是如果信号速
度非常快,这就对时间的测量精度和同步要
求很高。即使使用低速信号的话,也需要根
据定位精度来设定同步时间。但是移动端和固定端有时难以做到时钟一致,所以ToF 的
使用是有一定局限的。
移动端固定端计算设备图1室内定位系统的体系机构和工作模式图2多种同步信号
第二,接收信号强度RSS(Received Signal Strength
信号强度和空间位置的关系十分密切,因此RSS 是一个重要的位置相关变量。人们已经构造了一些电波强度在室内变化的模型,如果我们能够方便的测得信号强度,那么根据这些模型我们是容易确定移动端位置的。但是这些模型往往在小范围内比较准确,范围一旦变大,或者环境比较复杂,就无法利用模型来进行求解了。
第三,信号抵达时间差TDoA
第四,TDoA(Time Difference of Arrival是在单一接收器,多个时间同步发射器和多种同步信号发射器的工作模式下,信号接收端对连续抵达的多个信号所记录下的时间差。根据TDoA 我们容易推算移动端和固定端的距离,从而确定移动端的坐标。
第五,信号抵达角度AoA(Angle of Arrival
根据RSS、TDoA 和小范围内的信号传播模型,我们可以解算出信号到达接收端时,相对于事先确定的某一方向的角度。根据AoA,可以使我们的几何定位方法变得简便。
3.1.3.位置计算方法
一般的,位置坐标的推算方法可以分为两类:数学物理模型方法........和统计近似方法......
。数学物理模型法是从研究电波或声波在室内传播的规律入手,分析TDoA,AoA,RSS 等参数,推算目标对象和参照点的距离和角度,从而推算出目标对象的坐标。具体说来,首先我们需要确定信号强度在空间变化的数学或经验模型,和得到的信号强度推算移动端和参照点的距离和角度;然后通过解三角形来确定移动单元位置。同一平面内,如果已知移动单元和三个不在同一直线上的固定单元的距离;在三维空间,如果已知移动单元和四个不在同一平面上的固定单元的距离,我们就可以计算出移动单元的位置了;
统计近似方法是一种基于统计经验的拟和方法。其做法是先确定一些对位置敏感的参数,如强度,信噪比;然后对室内环境进行电波强度普查,测得有限个点的电波
参数。然后根据目标对象接收到的电波参数和已知点比较,推算出目标对象的坐标。
例如我们只使用RSS 这个参数来推算移动端的位置。对于一个移动设备,我们假定有n个固定的信号接受/发射设备,并用v 比表示RSS 的值那么我们就可以得到一个关于RSS 的向量:],...,,[21n v v v v =。我们设移动设备所在的位置为,,(z y x P ,于是我们有:
v P f =(
也就是说,对于移动端所处的任意一个位置都有一组信号强度与之对应。如果我们把事先的信号测量结果使用如下形式记录下来:
坐标信号强度矢量
1,,(1111z y x P ],...,,[112111n v v v v =
2
,,(2222z y x P ],...,,[222212n v v v v =……
…………M,,(m m m m z y x P ],...,,[21mn m m m v v v v =
这样我们就得到了一个信号强度分布的采样库。实际定位计算是已知信号强度矢量求位置坐标的过程,即(1v f
P ?=。利用信号强度分布的采样库,我们可以使用统计方法来求出移动单元的坐标。例如我们设2'
1(i i n i v v D ?Σ==,对于采样库中的m 个样本,,...,min(21m j D D D D =,我们就
可以认为移动单元所在位置坐标是,,(j j j j z y x P ,这是最简捷直观的一种方法。实
际操作中我们可以建立更完善和复杂的模型,从而推算出更精确的位置。文献[4]中对这种方法作了比较详细的论述。
4.商业和试验室内定位系统概述
20世纪90年代人们开始使用现代科技进行了室内定位系统的研制和开发。早期的系统一般对环境的要求比较苛刻,还要布设特定的设备,比较有影响力的定位系统是Active Badge。
Active Badge是AT&T Cambridge 于1993年开发的一个室内定位系统,是基于红外感应技术原理开发的。Active Badge 首先要在各个房间安装一个红外接收器,移动端要携带一个红外发射器,这
个发射器每隔15秒就向所有的接收器广播一次自己的GID(globally unique identifier。接收到信号的红外接收器所在的房间也就是移动端所在的房间。Active Badge 是较早的室内定位系统,定位只能局限在一个房间内,功能和精度都有限。详细的内容可以参考文献[6]。
2000年左右,随着WLAN 的发展,有人开始研究把WLAN 应用于室内定
位,RADAR 系统是一个代
表。RADAR 定位系统是微软研究组成员于2000年基于IEEE802.11无线网络技术开发的室内定位试验系统。RADAR 系统的定位是使用无线网络的基础设施,通过对无线网卡和无线接入器(Access Point所收到的信号强度,信噪比等参数推算移动目标的位置。具体的定位方法既可以使用电波传播的物理模型,也可以使用统计估算方法。由于RADAR 系统的定位所依赖的设备是无线网络的基础设施,而无线网络是今后计算机网络的发展趋势,因此这种室内定位技术有一定的优势。
Cricket 是和RADAR 同时期的一个室内实验定位系统。Cricket 的一个重要特点就是所谓“非中心计算”(Decentralization Computation。
除了使用红外、声波来定位外,人们也考虑了一些其他的方法。这些技术在无线室内定位中的应用特点可以见表1.需要说明的是,虽然目前还没有见诸文献的基于蓝牙的室内定位系统,但是蓝牙技术在无线室内定位中的应用是完全可以预见的,因此表1中将蓝牙技术作为一项单独列出。
5.无线室内定位的相关计算技术与应用系统
无线室内定位系统从逻辑上可以分为两大部分:定位技术和建立在定位上的应用服务。上文论述了室内定位技术的主要特点。在实际应用中,除了需要稳定实用的无线室内定位技术外,定位结果在各种终端的显示,位置信息通信和安全控制,定位服务的提供方法等都是无线室内定位系统的重要组成部分。这些组成部分的实现依赖于不同的软硬件,涉及到GIS,无线通信,移动设备开发等领域;而它们在逻辑上的相互依赖性则构成了无线室内定位系统的体系结构。室内定位技术可以和多种计算机和自动化技术结合,既可以直接为人们服务,也可以帮助解决其它科研领域的问题。例如拥有室内定位能力的机器人可以在建筑物内按指令行动。同时,定位服务的提供需要相关的软硬件支持,也需要专业应用系统的开发,这就涉及到许多其它的相关技术。下面我们将详细阐述。
表1主要无线室内定位技术的对比
5.1.无线室内定位和LBS(Location Based Service
室内定位系统的体系结构和户外的定位系统如(GPS是很类似的.从形式上,我们可以把室内定位技术看成是GPS 等户外定位技术的扩展,如图3所示。室内定
位系统定位技术坐标描述信息安全定位精度方向
判
别
要素识别局限性Active badge红外技术IR局部任意坐标系集中计算房间大小N
Y必须特定的红外发送接收设备RADAR无线局域网
WLAN局部任意坐标系集中计算3-4.3m Y Y
完全依赖无线局域网,网络传输对系统的定位精度影响较大。蓝牙技术
Cricket超声波
(ultasonic
局部变化相对坐标系本地化计算4*4英尺区域N N要配备多种信号发射接收设备Smart Floor磁场
(Magnetic
fields
局部任意坐标系集中计算压力感应器的布设范围Y Y压力感应地板铺设和建立识别数据库的成本太高。Easy
living计算机视觉无独立坐标系统集中计算不确定的精度Y Y
必须要有足够数量的摄像机,成本很高
我们日常使用的大部分信息都与位置存在某种关系。ＬＢＳ是一种依赖于移动设备位置信息的服户外定位设备ＧＰＳ务，它通过空间定位系统确定移动设备的地理位ＧＰＲＳＧＳＭ．．．置，并利用ＧＩＳ数据库和无线通讯向用户提供所需膝上型计算机ｉＭａｃＩＲ［１１］８０２．１１的基于这个位置的信息服务。从移动通信的角度ＵｌｔｒａＳｏｎｉｃ室内定位设备看，ＬＢＳ就
是移动通信部门结合通信基础设施所获ＡＰＢｅａｃｏｎｓＩＲ发射接收器得的地理位置信息，向大众提供的一种增值服务。．．．手写输入计算机手持式计算机目前ＬＢＳ所依赖的定位技术主要是ＧＰＳ和移动通信ＨＴＴＰＸＭＬＳＯＡＰ基站，其典型的应用是提供紧急援助和车辆导航。ＷＳＤＬ而室内定位技术极大丰富了ＬＢＳ的内容。ＬＢＳ有可ＷｅｂＧＩＳ能提供除了紧急援助，路径选择等之外的像“我在数据库引擎哪个办公室”，“打印机在哪个房间”等真正意义空间数据库上的位置服务。服务的对象也不再只能限于公安，消防等社会部门，而是真正拓展到我们每一个人。图３包含室内定位功能的ＬＢＳ５．２．面向位置的移动通信（ＬｏｃａｔｉｏｎＯｒｉｅｎｔｅｄＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）９０年代以来，面向语音（ＶｏｉｃｅＯｒｉｅｎｔｅｄ）的移动通信技术得到了空前的发展，移动电话已经形成了一个巨大的市场，并向人们提供成熟的服务。与此同时，多媒体通信也有所起步。但是这并没有能够提供我们所关心的位置信息。面．向．位．置．的．移．动．通．信．（ＬｏｃａｔｉｏｎＯｒｉｅｎｔｅｄＭｏｂｉｌ
ｅ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）是以地理位置数据传输为中心的移动通信手段，我们可以把它看作是ＬＢＳ发展的高．．．．．．．．．．．．．级形式。利用ＧＰＳ，我们已经能够为城市车辆提供即时的导航、地图服务；但我们目前所能达到的定位精度限制了位置服务的对象，只能满足一些社会紧急救援部门对事故发生地点定位的要求，对于普通人出行、约会等所需的定位需求是无法满足的。随着室内定位技术的发展，室内户外就可以融为一体，位置信息服务的对象就扩充到任意一个拥有手持电子设备的普通人身上，这将彻底改变我们的某些生活方式。６．结论无线室内定位是人们一直以来十分关注的一项技术，实际中也有着非常重要的意义。客观的讲，无线室内定位技术和实际需求相比，本身还不太成熟，还不能称之为一门十分实用的技术。但是随着８０２．１ｘ无线通信协议、红外通信协议和ＷＬＡＮ的发展和各方面的技术突破，我们有理由认为室内定位技术在未来的几年内能够走向成熟。如通过多种定位技术的综合使用，可以大大提
高定位精度，也能够提高系统的稳定性。另一方面，定位技术的发展要面向不同层次的需要，和ＧＩＳ、ＧＰＳ等技术融合，以满足多种应用需求。另外，室内环境的表现和定位结果的表达和通信（多层楼房的地图显示、三维环境、地图传输等）也是定位技术走向实用的必要组成部分。参考文献［１］［２］［３］［４］［５］［６］Ｊ．ＨｉｇｈｔｏｗｅｒａｎｄＧ．Ｂｏｒｒｉｅｌｌｏ．Ｌｏｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，３４（８），ＩＥＥＥＣｏｍｐｕｔｅｒＳｏｃｉｅｔｙＰｒｅｓｓ，２００１Ｐ．ＢａｈｌａｎｄＶ．Ｎ．Ｐａｄｍａｎａｂｈａ
ｎ．Ｒａｄａｒ：ＡｎＩｎ－ＢｕｉｌｄｉｎｇＲＦ－ｂａｓｅｄＵｓｅｒＬｏｃａｔｉｏｎａｎｄＴｒａｃｋｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥＩＮＦＯＣＯＭ２０００：７７５－７８４，２０００．Ｐ．ＢａｈｌａｎｄＶ．Ｎ．Ｐａｄｍａｎａｂｈａ
ｎ．ＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｓｔｏｔｈｅＲａｄａｒＵｓｅｒＬｏｃａｔｉｏｎａｎｄＴｒａｃｋｉｎｇＳｙｓｔｅｍ．ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔＭＳＲ－ＴＲ－２０００－１２，ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＲｅｓｅａｒｃｈ，２０００Ｐ．Ｐｒａｓｉｔｈｓａｎｇａｒｅｅ，Ｐ．Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｈｙ，Ｐ．Ｋ．Ｃｈｒｙｓａｎｔｈｉｓ．ＯｎＩｎｄｏｏｒＰｏｓｉｔｉｏｎＬｏｃａｔｉｏｎｗｉｔｈＷｉｒｅｌｅｓｓＬＡＮＳ．Ｐｒｏｃ．ＯｆＩＥＥＥＰＩＭＲＣ，２００２Ｔ．Ｗ．Ｃｈｉｓｔ，Ｐ．Ａ．Ｇｏｄｗｉｎ．．ＡＰｒｉｓｏｎＧｕａｒｄＤｕｒｅｓｓＡｌａｒｍＬｏｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ．Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣａｒｎａｈａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｅｃｕｒｉｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９３Ｒ．Ｗａｎｔ，Ａ．Ｈｏｐｐｅｒ，Ｖ．Ｆａｌｃａｏ，Ｊ．Ｇｉｂｂｏｎｓ．ＴｈｅＡｃｔｉｖｅＢａｄｇｅＬｏｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ．ＡＣＭＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
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［７］ＫｒｕｍｍＪ．，ＨａｒｒｉｓＳ．，ＭｅｙｅｒｓＢ．，ＢｒｕｍｉｔｔＢ．，ＨａｌｅＭ．ａｎｄＳｈａｆｅｒＳ．．Ｍｕｌｔｉ－ｃａｍｅｒａＭｕｌｔｉ－ｐｅｒｓｏｎＴｒａｃｋｉｎｇｆｏｒＥａｓｙＬｉｖｉｎｇ．３ｒｄＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＶｉｓｕａｌＳｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ，Ｄｕｂｌｉｎ，Ｉｒｅｌａｎｄ，２０００［８］ＲｏｂｅｒｔＪ．ＯｒｒａｎｄＧｒｅｇｏｒｙＤ．Ａｂｏｗｄ．ＴｈｅＳｍａｒｔＦｌｏｏｒ：ＡＭｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒＮａｔｕｒａｌＵｓｅｒＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＴｒａｃｋｉｎ
ｇ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２０００ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＨｕｍａｎＦａｃｔｏｒｓｉｎＣｏｍｐｕｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ（ＣＨＩ２０００），ＴｈｅＨａｇｕｅ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，２０００．［９］ＮｉｓｓａｎｋａＢ．Ｐｒｉｙａｎｔｈａ，ＡｎｉｔＣｈａｋｒａｂｏｒｔｙ，ＨａｒｉＢａｌａｋｒｉｓｈｎａｎ．ＴｈｅＣｒｉｃｋｅｔＬｏｃａｔｉｏｎ－Ｓｕｐｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍ．Ｐｒｏｃ．６ｔｈＡＣＭＭｏｂｉＣｏｍ，Ｂｏｓｔｏｎ，ＭＡ，２０００．［１０］Ｔ．Ｄ．Ｈｏｄｅｓ，Ｒ．Ｈ．Ｋａｔｚ，Ｅ．Ｓ．Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ，ａｎｄ
Ｌ．Ｒｏｗｅ．Ｃｏｍｐｏｓａｂｌｅａｄｈｏｃｍｏｂｉｌｅｓｅｒｖｉｃｅｓｆｏｒｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｎｔｅｒａｃｔｉｏ
ｎ．ＭｏｂｉＣｏｍ’９７Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ：１－１２，１９９７．［１１］ＣｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒＶｅｒｖｅｒｉｄｅｓ
ａｎｄＧｅｏｒｇｅＣ．Ｐｏｌｙｚｏｓ．ＭｏｂｉｌｅＭａｒｋｅｔｉｎｇＵｓｉｎｇＡＬｏｃａｔｉｏｎＢａｓｅｄＳｅｒｖｉｃｅ．ｈｔｔｐ：／／ｍｍ．ａｕｅｂ．ｇｒ
972
无线定位技术
无线定位技术: 现在的社会，是一个没有隐私的社会，只要有设备和条件，别人想跟踪你的位置实在是太简单了，不管是你在大街上走还是在商场里逛，只要上面想，你的行踪都很难不被暴露。好比我们看大片，罪犯在这边打电话，FBI在那边定位，唧唧几声，就把你的大概方位确定了。千万别以为这是什么高深技术，我们天朝网警照样玩的转。而且，随着网络越来越向智能化和移动化发展，一些很有意思的应用都可能和将来的定位技术联系起来，在一定程度上影响我们的生活，比如twitter，Aardvark，包括一些很有前途的mobile game，等等。 Google Latitude一出后, 很多朋友都惊诧于无gps条件下其定位的准确性，也有不少人因此对通过wifi定位比较感兴趣。其实各式各样的无线通信技术都可以用来定位，由于通信距离的不同，有的可以用来室内定位，有的可以用来室外定位。 这里，我尝试着对一些逐渐在普及的定位技术做一些讲解，考虑到GPS的普及性， GPS定位原理和优缺点就在这里忽略了。其实无线定位的流程很简单，大概都遵从交换信号===>数据融合===>建模求解的步骤。下面就针对不同技术的不同重点，把这个过程分割介绍。 手机基站网络 通过基站网络的检测来进行户外定位是一个相对成本低, 成熟, 但是精度不高 的方法. 它的工作原理是这样的, 我们都知道, 手机要通信, 就需要通过蜂窝 网络和一个个基站交换数据，从而实现和别的手机的通信. 而考虑到双方通信的距离和现实中基站的放置密度，每一个手机都可能被覆盖于多个基站，如果能通过某种方法得到每个基站对于手机的检测数据，通过特定的data fusion技术，就可以大致估算初当前手机的位置。在这里，data fusion是最关键的技术，事实上也是下面会介绍的大多数其他定位技术的基础，所以花多点篇幅介绍一下。为了简化，我们只考虑二维平面情况，也就是说每个点都只有(x,y)值, 不考虑z平面。 以前常用的data fusion技术包括TOA — time of arrival data fusion, AOA — angle of arrival data fusion, 以及混合型技术. 假设下面这张图是一个分布示意图, 图中出现的几个基站（Base Station）都能和当前手机, 也就是MS（Mobile Station）所在位置通信.
定位技术
无线传感器网络定位技术综述 文章出处：发布时间：2011/07/22 | 3934 次阅读| 9次推荐| 0条留言 业界领先的TEMPO评估服务高分段能力，高性能贴片保险丝专为OEM设计师和工程师而设计的产品Samtec连接器完整 的信号来源每天新产品时刻新 体验完整的15A开关模式电源 摘要：首先介绍无线传感器网络定位技术的相关术语、评价标准等基本概念及定位算法的分类方法；重点从基于测距和非测距两个方面介绍无线传感器网络的主要定位方法，并研究和分析若干新型无线传感器网络定位方法，主要包括基于移动锚节点的定位算法、三维定位算法和智能定位算法。从实用性、应用环境、硬件条件、供能及安全隐私等方面出发总结当前无线传感器网络定位技术存在问题并给出可行的解决方案后，展望未来的研究前景与应用发展趋势。 1 引言 无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术在目标跟踪、入侵监测及一些定位相关领域有广泛的应用前景。然而，无论是在军事侦察或地理环境监测，还是交通路况监测或医疗卫生中对病人的跟踪等应用场合，很多获取的监测信息需要附带相应的位置信息，否则，这些数据就是不确切的，甚至有时候会失去采集的意义，因此网络中传感器节点自身位置信息的获取是大多数应用的基础。首先，传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置发什么了什么事件”，从而实现对外部目标的定位和跟踪；其次，了解传感器节点的位置分布状况可以对提高网络的路由效率提供帮助，从而实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自动配置，改善整个网络的覆盖质量。因此，必须采取一定的机制或算法来实现无线传感器网络中各节点的定位。 无线传感器网络定位最简单的方法是为每个节点装载全球卫星定位系统（GPS）接收器，用以确定节点位置。但是，由于经济因素、节点能量制约和GPS 对于部署环境有一定要求等条件的限制，导致方案的可行性较差。因此，一般只有少量节点通过装载GPS 或通过预先部署在特定位置的方式获取自身坐标。另外，无线传感器网络的节点定位涉及很多方面的内容，包括定位精度、网络规模、锚节点密度、网络的容错性和鲁棒性以及功耗等，如何平衡各种关系对于无线传感器网络的定位问题非常具有挑战性。可以说无线传感器网络节点自身定位问题在很大程度上决定着其应用前景。因此，研究节点定位问题不仅必要，而且具有很重要的现实意义。 2 WSN 定位技术基本概念 2.1 定位方法的相关术语 1）锚节点（anchors）：也称为信标节点、灯塔节点等，可通过某种手段自主获取自身位置的节点； 2）普通节点（normal nodes）：也称为未知节点或待定位节点，预先不知道自身位置，需使用锚节点的位置信息并运用一定的算法得到估计位置的节点； 3）邻居节点（neighbor nodes）：传感器节点通信半径以内的其他节点； 4）跳数（hop count）：两节点间的跳段总数； 5）跳段距离（hop diSTance）：两节点之间的每一跳距离之和； 6）连通度（cONnectivity）：一个节点拥有的邻居节点的数目； 7）基础设施（infrastructure）：协助节点定位且已知自身位置的固定设备，如卫星基站、GPS 等。 2.2 定位方法的性能评价标准 无线传感器网络定位性能的评价标准主要分为7 种，下面分别进行介绍。
基于arduino的无线传感器网络室内定位方法的研究大学论文
摘要 无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是近年来迅速发展并受到普遍重视的新型网络技术，它的出现和发展给人类的生活和生产的各个领域带来了深远的影响。无线传感器网络节点定位技术是无线传感器网络应用研究的基础。目前，已有多种定位技术被应用于室内定位中，尤其是基于接收信号强度（RSSI，Received Signal Strength Indication）的定位技术以其低功耗、低成本、易于实现等优点，得到了无线传感器网络研究学者们的青睐。 本文重点研究了基于RSSI的室内定位的关键技术，主要包括定位模型分析和定位算法设计。首先，为了获得较为精确的定位，根据RSSI测距原理和无线信号传播衰减模型在设定的室内环境进行多次实验，通过计算及均值处理等方法反复调整以获得标准的定位模型参数，得到高精度的等效距离。接着，根据三边定位算法原理简化定位算法，建立更为简单的定位模型，采用双边定位得到两个可能的定位点，再利用RSSI测距原理对两个定位点进行择优选择确定定位点。最后，在Arduino开发平台上对参考节点与未知节点这两类iDuino节点的室内定位模型进行了软件开发设计和程序开发。在设定的室内环境部署iDuino节点，搭建实验定位模型，并实现了定位。 关键词：无线传感器网络，节点，室内定位，RSSI，Arduino
ABSTRACT Wireless sensor network (WSN) is developed rapidly and universally emphasized as a new network technology in recent years, the advent and development of WSN have had a profound and lasting impact on the life and all areas of production of human beings. Wireless nodes localization technology is the basis in the application and studies of wireless sensor network. There are a variety of positioning technology have been used in indoor location at present, especially the based on RSSI (received signal strength) positioning technology gets a great preference from many scholars of studies of wireless sensor network with the advantages of low power consumption, low cost and easy to realize. This paper mainly studies the key technology of indoor positioning based on RSSI, which mainly includes the positioning model analysis and positioning algorithm design. First, in order to obtain more accurate positioning, we perform several experiments according to the RSSI ranging principle and wireless signal propagation attenuation model in the setting of indoor environment, and get accurate positioning model parameters and equivalent distance by the methods of calculation and mean processing. Then, we simplify Trilateral Localization Algorithm to Bilateral Location Algorithm and establish a simpler positioning model, with which we can get two nodes of possible location, and determine the better node according to the RSSI ranging principle. At last, we make software designing and programming of these nodes that are anchor nodes and nodes of unknown on the Arduino development platform. Combined with the indoor environment we selected, we deploy the iDuino nodes and then build location model, with which we implement the location. KEY WORDS：Wireless Sensor Network，Nodes，Indoor Location，RSSI，Arduino
基于无线局域网的室内定位研究 毕业设计开题报告
中国地质大学（武汉） 本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称：基于无线局域网的室内定位研究 学院专业：机电学院测控技术与仪器 学生班级：076102 学生姓名：李明理 指导教师：王青玲 完成日期：2014年
1技术背景 随着无线网络、移动通信和普及计算技术应用的不断扩大和深入，位置感知计算(Location-aware Computing)、基于位置的服务(LBS，Location-based Services)越来越重要，典型的例子有资源查找、旅游导航、矿井下定位、社交定位，寻人寻物等。如何确定用户的位置是实现LBS的核心问题。目前，影响最大、定位覆盖范围最广的定位系统是GPS 全球定位系统。GPS是70年代初美国出于军事目的开发的一种卫星导航定位系统，并于80年代初投入使用。地面接收设备通过接收和测量来自四个或四个以上卫星信号的到达时间差来估计移动终端的位置。在移动终端内置GPS模块可在室外大部分场合下实现精度较高的定位，特别是从2000年5月1日0时美国宣布中止选择性可靠度(Selective Availability)政策以后，GPS也能被用于民用，精度可达到15m以内。相较于GPS，我国也在2003年投入了大量资金开始建造北斗卫星导航系统。 在实际环境里，GPS定位系统的覆盖范围仍然存在一定的局限性。由于GPS卫星发射的无线电讯号太微弱，以至于无法穿透绝大部分的建筑物或是稠密的植被，因此导致所谓的“都市峡谷”(Urban Canyon)效应。在高楼林立的都市，楼宇等建筑物阻隔了卫星信号的传播或者将它们分散开去，造成GPS系统无法定位。GPS虽然在室外能有效地定位，但几乎不能覆盖到人们经常工作和活动的室内。因此，GPS除了在交通工具的导航上的应用占有优势以外，尚很少被应用在其他领域。另外，一般环境里，用户更青睐轻便的移动设备。如果将GPS 作为普通的定位工具，用户需要在其携带的设备上加装GPS接收模块，会增加移动设备的体积、成本以及对有限电量的消耗。 从20世纪90年代末期起，许多高校和研究机构开始了室内定位技术的研究，具有代表性的有AT&T Cambridge主持的Active Badges项目，之后进一步改进为Active Bats，cricket，微软的Easy Living项目以及Georgia Tech公司的Smart Floor项目等。上述项目虽然取得了一定的效果，有的还可以达到毫米级的精度，但这些定位系统需要添加新的硬件，系统部署复杂，维护成本高，可扩展性差。 2选题依据与研究意义 从以上研究背景可以看出，目前的定位技术还不能完全满足普适计算应用的要求，特别是在室内的环境里。随着无线局域网的广泛部署和普及应用，利用无线局域网(Wireless Local Area Network，简称WLAN)的室内定位技术逐渐发展起来。无线局域网络技术是20世纪末发展起来的一种高速无线网络通信技术，技术标准组为IEEE 802．1l，目前应用最广泛的标准是IEEE 802．1lb和IEEE 802．1lg。WLAN网络具有高速通信、部署方便的特点，切合了现代社会对移动办公、移动生活娱乐的需求。室内环境和人们活动的热点地区(如机场、写字楼、大型超市、校园、酒店和家庭)是WLAN主要的应用环境。基于无线局域网的定位就是在无线局域网中通过对接收到的无线电信号的特征信息进行分析，根据特定的算法来计算出被测物体所在的位置。 目前，无线局域网网络已经成为基础网络通讯架构中的一个组成部分。许多移动设备，像笔记本、PDA、智能手机，已经内置了对无线局域网的支持。因此，它可以有效地避免了部署专用的网络体系架构，不需要添加其他的硬件设备或电子标签，从而降低了成本。其次，与采用红外线、视频信号的室内定位系统相比，基于无线局域网的定位系统能够使用的范围更大。无线信号通常可以覆盖整个大楼甚至是一个楼群，因此既能被应用在室内又能被应用在室外。第三，在使用无线局域网的数据通信功能的同时，用户还可以获得定位服务以及基于位置的服务，反过来也充分开发了无线局域网的应用潜能。最后，由于无线射频信号的健
无线室内定位技术和系统的最新进展
Hindawi Publishing Corporation Journal of Computer Networks and Communications Volume2013,Article ID185138,12pages https://www.360docs.net/doc/9c15705537.html,/10.1155/2013/185138 Review Article Recent Advances in Wireless Indoor Localization Techniques and System Zahid Farid,Rosdiadee Nordin,and Mahamod Ismail School of Electrical,Electronics&System Engineering,University Kebangsaan Malaysia(UKM),43600Bangi, Selangor,Malaysia Correspondence should be addressed to Zahid Farid;zahidf9@https://www.360docs.net/doc/9c15705537.html, Received17May2013;Accepted17August2013 Academic Editor:Rui Zhang Copyright?2013Zahid Farid et al.This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use,distribution,and reproduction in any medium,provided the original work is properly cited. The advances in localization based technologies and the increasing importance of ubiquitous computing and context-dependent information have led to a growing business interest in location-based applications and services.Today,most application requirements are locating or real-time tracking of physical belongings inside buildings accurately;thus,the demand for indoor localization services has become a key prerequisite in some markets.Moreover,indoor localization technologies address the inadequacy of global positioning system inside a closed environment,like buildings.Based on this,though,this paper aims to provide the reader with a review of the recent advances in wireless indoor localization techniques and system to deliver a better understanding of state-of-the-art technologies and motivate new research efforts in this promising field.For this purpose,existing wireless localization position system and location estimation schemes are reviewed,as we also compare the related techniques and systems along with a conclusion and future trends. 1.Introduction Location based services(LBSs)[1]are a significant permissive technology and becoming a vital part of life.In this era, especially in wireless communication networks,LBS broadly exists from the short-range communication to the long-range telecommunication networks.LBS refers to the applications that depend on a user’s location to provide services in various categories including navigation,tracking,healthcare,and billing.However,its demand is increasing with new ideas with the advances in the mobile phone market.The core of the LBSs is positioning technologies to find the motion activity of the mobile client.After detection,we pass these statistics to the mobile client on the move at the right time and the right location.So,the positioning technologies have a major influence on the performance,reliability,and privacy of LBSs, systems,and applications[2]. The basic components of LBS are software application (provided by the provider),communication network(mobile network),a content provider,a positioning device,and the end user’s mobile device.There are several ways to find the location of a mobile client indoors and outdoors.The most popular technology outdoors is global positioning system (GPS)[1].Location finding refers to a process of obtaining location information of a mobile client(MC)with respect to a set of reference positions within a predefined space. In the literature,many terms are used for location finding like position location,geolocation,location sensing,or local-ization[3].Position system is a system arranged in such a way to find or estimate the location of an object.The aims of this paper are to provide the reader with fingerprinting based wireless indoor localization techniques and systems for indoor applications.The authors hope that this paper will benefit researchers working in this field,users,and developers in terms of using these systems and will help them identify the potential research shortcoming and future application products in this emerging area. 1.1.Indoor versus Outdoor Positioning.Positioning system can be categorized depending on the target environment as either indoor,outdoor,or mixed type.For localization in an outdoor environment,global navigation satellite systems (GNSS)such as GPS have been used in a wide range
(useful-定位)基于ZigBee无线传感器网络的室内定位系统设计
福建电脑 2010年第9期 基于ZigBee无线传感器网络的室内定位系统设计 江晓飞，王英俊，王武，蔡逢煌 （福州大学电气工程与自动化学院福建福州350108） 【摘要】：研究设计了一种基于ZigBee无线传感器网络的室内定位系统。该系统通过待定位点发射红外信号和超声波信号到达各个参考节点的时间差计算出待定位点到达参考点的距离，再通过三点定位法计算出待定位点的坐标信息。文章介绍了ZigBee技术，TDOA定位原理，设计了红外传感器、超声波传感器的发射、接收模块，主芯片hc9s12dg128外围接口电路，并完成了相关的软件设计。 【关键词】：ZigBee，无线传感器网络，TDOA,三点定位 0、引言 定位通常是指确定地球表面某种物体在某一参考坐标系中的位置，它能为导航提供信息。在无线传感器网络中，节点所采集到的数据，（如温度，湿度等）必须与测量坐标系内的位置结合，所采集的信息数据才有意义。在智能机器人研究中，定位为导航提供基础和保障。当今使用最广泛，也是最成熟的定位技术是全球定位系统（GPRS，Global Positioning System），它能在全球范围内全天候地进行定位，具有定位精度高，抗干扰能力强等特点[1]，但是它适用于无遮挡的室外环境，无法满足室内定位的需要。无线传感器网络融合了网络通信技术，微机电系统机技术和传感器技术，是当前国际上备受关注、由多学科交叉的一个新兴前沿热点领域[2]。它能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,传送到这些信息的用户.通过建立传感器网络，再将传感器信息发送至PC上位机计算处理可以得到传感器网络区域内的各种信息。 目前的定位算法从定位手段上分有两大类：基于测距算法（ranged-based）和非测距算法（range-free）。常用的测距方法包括RSSI（Received Signal Strength Indicator）法、TOA（Time of Arrival）法、TDOA（Time Difference On Arrival）法和AOA（Angle of Arrival）法。非测距的定位算法有DV-hop算法、DV-distance算法、APIT算法、Amorphous算法和质心算法[2],[3]。 本文研究基于ZigBee无线传感器网络的室内定位系统，采用红外传感器，超声传感器进行基于测距的TDOA算法.该系统结构简单，可拓展性强。 1、ZigBee技术简介 无线传感器网络一般由传感器子节点，终端节点，上位机构成。传感器节点在区域内取得各种信息并通过无线网络传给终端节点，终端节点接收子节点信息并传输给上位机，上位机接收终端节点信息处理显示给用户。无线网络节点间信息的传输通常使用ZigBee 技术。ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，主要应用于段距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间，尤其适用于传感器。它具有以下特点：数据传输速率低、有效范围小、工作频段灵活、省电、时延短、可靠、成本低、网络容量大[4],[5]。2、TDOA定位原理。 不同的信号在空气中的传播速度不同，通过不同传播速度的信号到达的时间差可计算出两点之间的距离。本文使用红外和超声两种信号到达参考点的时间差进行测距。红外信号和超声信号同时从同一点发射，红外信号传播速度快，先到达已知点后开始计时，等超声信号到达已知点后停止计时，这段时间即是两种信号到达的时间差。设两个点之间的距离为s,红外信号传播速度为v1（光速）,到达已知点所需时间为t1，超声信号传播速度为v2（声速）,到达已知点所需时间为t2。两种信号到达同一个参考节点的时间差为t2-t1。 (1) (2) 由于光速为30公里每秒，实验测距范围小于10米，红外信号传播所需时间小于3*10E-8秒，且远小于超声信号传播的时间，在测量精度内可忽略所以(2)式可转化为 （3）3、红外、超声传感器原理 红外传感器包括了红外发射管和红外接收管。对红外发射管供电就会发射出不可见的红外光。红外接收管对一定频率的红外光敏感，当接收到一定频率的红外光时会引起其信号脚电压的变化。本文将红外接收管的信号脚的高低电平用于控制计时器的开始信号。 超声传感器包括超声波发射器T和超声波接收器R。给发射器T提供一定频率的驱动信号，就会向空气 221 *() s v t t ?? 基金项目：福州大学科研资助项目（2009-XQ-05） 13
基于WiFi的室内定位研究与实现解读
1前言 近年来，随着无线通信技术与网络技术的不断发展和全面普及，各种新业务与新需求层出不穷，其中位置感知计算(Location-aware Computing)和基于位置的服务LBS 在人们的生产生活中起到了至关重要的作用，如何确定用户位置是实施前述应用的首要问题，因此定位技术是位置感知计算和基于位置的服务的核心问题。 根据应用环境与场景的不同，定位技术可分为室内定位技术和室外定位技术。室外定位系统主要有蜂窝定位和全球定位系统GPS。 蜂窝无线定位即手机定位，是基于移动蜂窝网的基站定位，其定位精度依赖于基站的分布和基站信号覆盖范围的大小。1996 年，美国FCC 颁布了E-911(Emergency call ‘911’)条例提出了相关的技术要求，要求移动通信提供商必须为用户提供定位准确度在125m 以内的室外定位服务，2001 年以后，美国FCC 提出了更严格的准确度和三维空间定位的需求。在政府的要求和市场利润的驱动下，使基于蜂窝移动网的定位技术得到了广泛的应用。 美国的GPS 系统是目前使用最广泛、用户人数量最多的全球性定位系统。GPS系统由24 颗卫星组成，在任何时间任何地点地面接收终端都可以同时接受到4 颗以上的卫星发出的信号。根据电磁波的传播原理，通过卫星信号的到达时间差来计算出搜索到的卫星和终端用户之间的距离，采用三边定位法计算出终端用户的具体位置，其民用定位精度可以达到15m 以内。同时，其他国家也陆续研究开发出了具有自主知识产权的定位系统，包括和中国的北斗卫星定位系统、俄罗斯的Glonass 定位系统和欧盟的Galileo 定位系统。 但是在城市环境中，由于GPS 卫星发射的电磁信号太微弱，楼宇等建筑物阻碍了卫星信号的传播，所以导致了所谓的“都市峡谷”（Urban Canyon）效应，使得GPS 系统无法正确定位。因此，虽然GPS 系统在室外环境能够有效地定位，但是在室内环境却无法进行有效的定位。 以上两种定位系统是应用比较广泛的室外定位系统，但应用于室内的时候，这两种定位系统并不能提供很好的定位服务。首先，由于室内环境复杂，信号在室内传播的情况要复杂于室外传播的情况。其次，室外定位应用大都是开阔环境中，几十米的定位误差并不影响用户的使用感受；但对于室内定位应用而言，需要将定位精度控制在若干米以内，才能为用户提供达可具使用性的室内定位系统。针对室内定位的难点，即克服信号受到环境噪声的干扰，对移动用户的快速定位，对定位精度的高要求，国内外研究人员都进行了有针对性的研究，这些研
七大室内定位技术PK
七大室内定位技术P K Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-
七大室内定位技术PK 随着LBS和O2O搅得火热，定位技术近年来也备受关注且发展迅速。虽然室外定位技术已经非常成熟并开始被广泛使用，但是作为定位技术的末端，室内定位技术发展一直相对缓慢。而随着现代人类生活越来越多的时间都处在室内，室内定位技术的前景也非常广阔。 但虽然作为LBS最后一米的室内定位饱受关注，但技术的不够成熟依然是不争的事实。不同于GPS，AGPS等室外定位系统，室内定位系统依然没有形成一个有力的组织来制定统一的技术规范，现行的技术手段都是在各个企业各自定义的私有协议和方案下发展，也致使各种室内定位技术相映生辉。 下面我们就从精确度，穿透性，抗干扰性，布局复杂程度，成本5个方面全方位来比较一下市面上流行的几种室内定位手段。 红外线定位技术 精确度：★★★★☆ 穿透性：☆☆☆☆☆ 抗干扰性：☆☆☆☆☆ 布局复杂程度★★★★★ 成本：★★☆☆☆ 红外线室内定位有两种，第一种是被定位目标使用红外线IR标识作为移动点，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;第二种是通过多对发射器和接收器织红外线网覆盖待测空间，直接对运动目标进行定位。 红外线的技术已经非常成熟，用于室内定位精度相对较高，但是由于红外线只能视距传播，穿透性极差(可以参考家里的电视遥控器)，当标识被遮挡时就无法正常工作，也极易受灯光、烟雾等环境因素影响明显。加上红外线的传输距离不长，使其在布局上，无论哪种方式，都需要在每个遮挡背后、甚至转角都安装接收端，布局复杂，使得成本提升，而定位效果有限。 红外线室内定位技术比较适用于实验室对简单物体的轨迹精确定位记录以 及室内自走机器人的位置定位。 超声波室内定位技术 精确度：★★★★★ 穿透性：★☆☆☆☆ 抗干扰性：★★★☆☆
无线定位技术
填空题 1.GSM的鉴权身份认证：IMSI 手机的IMSI 身份证，核心网络和手机上都有，进行比对。身份证必须有防伪机制才能保证它的安全使用。GSM系统的鉴权体制用户标识和密码 手机打电话或者上网之前，首先要向移动网络提供自己的用户标识和密码2.GSM基站广播内容 GSM广播频率校正信号、同步信号、基站的标识、空中接口的结构参数 3.位置更新的三种情况 手机开机，周期性更新上报，移动小区 4.GSM的采样频率是多少？为什么使用这个频率？ GSM手机釆样频率是8khz。 语音信号的频率通常在300～3400Hz之间,抽样频率应大等于两倍的抽样信号频率，才能不失真。 5.GSM900、GSM1800分别有多少个频点以及载频间隔是多少？ GSM900有124个频点，GSM1800有374个频点，载频间隔为200KHz 6.关于切换方式 硬切换，软切换”接力切换 7.MS,BTS,MSC,IMSI,HLR分别是什么意思 MS移动台 BTS基站收发信机 MSC移动交换中心 IMSI 国际移动用户识别 HLR 归属位置寄存器 8.无线通信和有线通信的区别 无线通信和有线通信的区别主要在于接口和信道，无线通信的接口是空中接口，信道是电磁波等，有线通信的接口是固定接口，信道是电线等有形信道。 9.无线通信信道编码的几种方式 10.语言编码和空中接口发送的速率 空中接口发送速率：22.8bit/s 11.列出几种纠错方法 0检错重发法，前项纠错发，反馈校正法。 12.信源编码和信道编码的目的 信源编码是以提高通信有效性为目的的编码。信道编码是以提高信息传输的可靠性为目的的编码。 13.列出几种调制方法 幅移键控，频移键控，相移键控 14.简述数据率和带宽的区别 数据率是数据能够进行通信的速率单位是bit/s，可以指调制速率；带宽指的是传输信号所占的带宽单位是Hz，值得是频谱宽度。 15.列出三种复用技术 时分复用，空分复用，频分复用 16.模数转换三过程 采样，量化，编码
基于WIFI的室内定位技术
《无线定位技术》课程报告基于WIFI的室内定位技术 学院： 学号： 姓名： 2015年11月
目录 1背景....................................... 错误!未定义书签。2室内定位技术相关理论....................... 错误!未定义书签。 定位技术简介.......................... 错误!未定义书签。 定位测距原理.......................... 错误!未定义书签。 WiFi基础知识........................... 错误!未定义书签。3基于RSSI的室内定位技术.................... 错误!未定义书签。 RSSI定位技术分类....................... 错误!未定义书签。 典型的室内传播模型.................... 错误!未定义书签。 线性距离路径损耗模型.............. 错误!未定义书签。 对数距离路径损耗模型.............. 错误!未定义书签。 衰减因子模型...................... 错误!未定义书签。 MK模型............................ 错误!未定义书签。 基于模型的定位算法.................... 错误!未定义书签。 三边测量法........................ 错误!未定义书签。 双曲线定位法...................... 错误!未定义书签。 最小二乘法........................ 错误!未定义书签。4总结....................................... 错误!未定义书签。参考文献........................................ 错误!未定义书签。
详解无线传感器网络定位技术
详解无线传感器网络定位技术 引言 无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术在目标跟踪、入侵监测及一些定位相关领域有广泛的应用前景。然而，无论是在军事侦察或地理环境监测，还是交通路况监测或医疗卫生中对病人的跟踪等应用场合，很多获取的监测信息需要附带相应的位置信息，否则，这些数据就是不确切的，甚至有时候会失去采集的意义，因此网络中传感器节点自身位置信息的获取是大多数应用的基础。首先，传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置发什么了什么事件”，从而实现对外部目标的定位和跟踪；其次，了解传感器节点的位置分布状况可以对提高网络的路由效率提供帮助，从而实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自动配置，改善整个网络的覆盖质量。因此，必须采取一定的机制或算法来实现无线传感器网络中各节点的定位。 无线传感器网络定位最简单的方法是为每个节点装载全球卫星定位系统（）接收器，用以确定节点位置。但是，由于经济因素、节点能量制约和对于部署环境有一定要求等条件的限制，导致方案的可行性较差。因此，一般只有少量节点通过装载或通过预先部署在特定位置的方式获取自身坐标。另外，无线传感器网络的节点定位涉及很多方面的内容，包括定位精度、网络规模、锚节点密度、网络的容错性和鲁棒性以及功耗等，如何平衡各种关系对于无线传感器网络的定位问题非常具有挑战性。可以说无线传感器网络节点自身定位问题在很大程度上决定着其应用前景。因此，研究节点定位问题不仅必要，而且具有很重要的现实意义。 定位技术基本概念 定位方法的相关术语 ）锚节点（）：也称为信标节点、灯塔节点等，可通过某种手段自主获取自身位置的节点； ）普通节点（）：也称为未知节点或待定位节点，预先不知道自身位置，需使用锚节点的位置信息并运用一定的算法得到估计位置的节点； ）邻居节点（）：传感器节点通信半径以内的其他节点； ）跳数（）：两节点间的跳段总数； ）跳段距离（）：两节点之间的每一跳距离之和； ）连通度（）：一个节点拥有的邻居节点的数目；
蜂窝无线定位技术的发展及应用
蜂窝无线定位技术的发展及应用 摘 要：本文首先介绍了移动通信系统中无线定位技术的应用，讨论了基于移动台和网络的两种无线定位方案，对几类常用的无线定位方法进行了分析，分别阐述了GSM和CDMA 两种蜂窝系统中无线定位的应用特点，最后提出了无线定位技术中有待进一步研究的课题。 关键词：蜂窝系统 无线定位 CDMA GSM 1 引言 无线定位在军事和民用技术中已获得了广泛应用。现有的定位和导航系统有：雷达，塔康，Loran C，VORTAC，JTIDS(联合战术信息分布系统)，GPS等。对地面移动用户的定位来说，这些技术中以GPS最为重要。近年来GPS发展很快，其单点定位精度达20～40m。但是把GPS功能集成到移动台上需全面更改设备和网络，增加成本；且用户同时持有移动电话和GPS手机很不方便，所以移动用户及设备生产商和网络运营商希望能直接由移动台实现定位。 直接利用移动台进行定位已研究多年，近年来，由于对移动台用户定位的需求增加，进一步推动了无线定位的研究。1996年美国联邦通信委员会(FCC)颁布了E-911法规，要求2001年10月1日起蜂窝网络必须能对发出紧急呼叫的移动台提供精度在125m内、准确率达到67％的位置服务。1998年又提出了定位精度为400m、准确率不低于90%的服务要求。1999年FCC对定位精度提出新的要求：对基于网络定位的精度为100m、准确率达67% ，精度300m、 准确率达95%；对基于移动台的定位为精度50m、准确率67% ，精度150m、准确率95%。FCC 的规定大大推动了蜂窝无线定位技术的发展。在蜂窝系统中实现对移动台的定位除了满足E －911定位需求外，还具有以下重要用途： (1)基于移动台位置的灵活计费,可根据移动台所在不同位置采取不同的收费标准。 (2)智能交通系统(ITS)，ITS系统可以方便提供车辆及旅客位置、车辆调度、追踪等服务。 (3)优化网络与资源管理，精确监测移动台，使网络更好决定进行小区切换的最佳时刻。同时，根据其位置动态分配信道，提高频谱利用率，对网络资源进行有效管理。
一种基于WiFi的室内定位系统设计与实现
一种基于WiFi的室内定位系统设计与实现 雷地球, 罗海勇, 刘晓明 （中国科学院计算技术研究所, 普适计算研究中心, 北京 100190） 摘要:本文设计及实现了一个基于WiFi射频信号强度指纹匹配的移动终端定位系统，并设计实现了一种基于权重值选择的定位算法。该算法为每个扫描到的AP的RSSI设定了选择区间，指纹库中落在此区间的所有位置点设平均权值，最后选取权重值最大者为待定位点的位置估计，如有相同权重值，则比较信号强度距离，取最小者，这种算法在一定程度上克服了RSSI信号随机抖动对定位的影响，提高了定位的稳定性和精度。经实验测试，此系统在4米范围内具有良好的定位效果。可部署在展馆、校园、公园等公共场所，为客户提供定位导航服务。定位算法运行于服务端，客户端为配备WiFi模块的Android手机。借助该定位系统，基于Android系统的移动终端可方便地查询自身位置，并获取各种基于位置服务。 关键词:接收信号强度；无线室内定位；射频指纹；Android操作系统 Design and Implement an Indoor Location System based on WiFi Lei Diqiu, Luo Haiyong, Liu Xiaoming (Pervasive Computing Research Center, Institute of Computer Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190, China) Abstract: This paper designs and implements an indoor location system based on WiFi for mobile user with Android handset. A locating arithmetic based on Weight-Select is introduced to filter the random noise of RSSI. For each location in Radio Map, a weight is set if the RSSI of the AP scanned is in the interval preset. Then max-weighted location or the min-RSSI-distance among them will be selected as the estimated position. According to experiments, 4-metre locating precision is available. It can be used for locating and navigating in such scene as exhibition center, campus, park, and so on. Users equipped with Android handset could get its location and some intelligent services. It is also an open and extensible system. Some locating arithmetic also could be tested on this system. Key words: Received Signal Strength, Wireless Indoor Locating, Radio Map, Android Operating System 1.引言 位置信息在人们的日常生活中扮演着重要的作用。在郊外、展览馆、公园等陌生环境中，使用定位导航信息可为观众游览提供更便捷的服务；在仓储物流过程中，对物品进行实时定位跟踪将大大提高工作效率；在监狱环境中，及时准确地掌握相关人员的位置信息，有助于提高安全管理水平，简化监狱管理工作。 目前全球定位系统（GPS，Global Positioning System）是获取室外环境位置信息 基金资助：国家自然基金(60873244、60973310、60772070)、北京自然基金(4102059) 联系作者：雷地球，E-mail：leidiqiu@https://www.360docs.net/doc/9c15705537.html, 的最常用方式。近年来，随着无线移动通信技术的快速发展，GPS和蜂窝网络相结合的A-GPS（Assisted Global Positioning System）定位方式[1]在紧急救援和各种基于位置服务（LBS，Location-Based Services）中逐渐得到了应用。但由于卫星信号容易受到各种障碍物遮挡，GPS/APGS等卫星定位技术并不适用于室内或高楼林立的场合，目前无线室内定位技术迅速发展，已成为GPS的有力补充。 一般来讲，使用无线信号强度获取目标位置信息的过程，就是建立无线信号强度和位置信息稳定映射关系的过程。现有室内无线定位