室内定位技术研究
室内定位技术研究
摘要：近年来，随着科技的进步和发展，人们对室内定位的需求越来越多，各种室内定位技术蓬勃发展起来。本文对现有的几种室内定位技术的工作原理进行了阐述，每种技术选取了一个典型系统进行研究，包括其系统结构、定位原理、定位精度，阐述了各个定位技术的优缺点和局限性，最后对各定位技术进行了对比，分析了各个定位技术的应用场景，并指出需要根据不同的使用环境选择不同的定位技术。
关键词：室内定位；定位技术；定位方法
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A DOI：
10.3969/j.issn.1003-6970.2016.04.003
0 引言
随着美国全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GlobalOrbiting Navigation Satellite System，GLONASS）、我国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite svstem，BDS）以及欧盟伽利略卫星定位系统（GalileoSatellite Navigation System，GALILEO）的蓬勃发展，室外定位技术已经非常成熟，人们可以很容易地在室外进行路线导航、地址定位，精度非常高。然而，上述四种定位系统采用的是
卫星定位技术，在室内卫星信号受到屋顶以及其他障碍物的遮挡，无法进行定位，因此需要发展其他的室内定位技术。室内定位的应用非常广泛。在医院，需要对某些特殊病人进行实时定位，以确保其安全；在商场或超市，如果能对小孩进行定位，就不用再担心走丢；在展览馆，对参观者进行定位，可以做到讲解的有的放矢；在发生火灾或其他突发事件时，还可以对被困者进行定位以实施有效救援。
本文针对目前已有的室内定位技术进行了研究，每种技术选取一种典型系统进行分析，阐述了该系统的定位原理，分析了已有室内定位技术的优缺点，对已有室内定位技术进行了对比，提出要根据不同的使用环境选择不同的定位技术。
1 已有室内定位技术介绍
室内定位是指在室内环境中进行位置定位，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。目前的室内定位技术主要有基于红外线的室内定位技术、基于超声波的室内定位技术、基于超宽带（Ultra-wideband，UWB）的室内定位技术、基于射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）的室内定位技术、基于无线局域网（Wireless Local AreaNetwork，WLAN）的室内定位技术和基于蓝牙的室内定位技术。
1.1 基于红外线的室内定位技术
红外线是波长介于微波和可见光之间的电磁波，具有可
见光的特征，即沿直线传播，会被障碍物遮挡。基于红外线的室内定位技术一般包括两种组件：红外线发射器和光学接收器。
典型的基于红外线的室内定位系统是Roy等人在1992年提出的Active Badge系统。该系统设计了一种特殊的标签，周期性地发射红外线信号，待定位者携带这种标签，其发射的周期性的信号会被室内布置的光学接收器传感网络
接收到，传感器将这些信息发送给中央控制器进行数据处理，就可以得到待定位者的位置信息。
该系统的定位精度取决于光学接收器的分布密度，在权衡成本和定位精度的要求后，该系统每隔6米设置―个光学接收器。但是，由于红外线可以通过反射被传感器捕捉到，因此该定位系统不能判断待定位者的方向信息。出于对标签能量供应的考虑，系统每隔15秒发射一次红外线，然而在15秒的时间内物品的位置可以发生很大变化，做不到实时定位，因此该系统只适用于位置变化很缓慢的情况。另外，系统要求能定位在同一位置的多个待定位者，因此，设置持续时间为0.1秒的红外线可以有效降低两个红外线可能发生干扰的概率。
1.2 基于WLAN的室内定位技术
WLAN是在有线局域网的基础上发展而来的。在无线局域网中，终端设备通过电磁波进行数据传输，不再需要固定
的连接方式，网络非常灵活便捷。WLAN系统的基本结构如图1所示。智能手机、笔记本电脑等移动终端通过电磁波与无线接入点进行通信，无线接入点通过有线方式接入到以太网中，从而实现各个网络设备之间的信息传输。
基于WLAN技术的典型室内定位系统是微软公司在2000年提出的RADAR系统。RADAR系统中，在特定的位置布置无线接入点，待定位者携带可以接收无线信号的设备进行定位。由于室内环境复杂，无线信号受到多径、反射、障碍的干扰，其信号强度的传播模型很难建立。针对这一问题，RADAR系统采用了基于RSSI（Received SignalStrength Indication，接收信号强度）的指纹定位法，即在待定位区域内选取一系列的参考节点，收集待定位者在每一个参考节点接收到的所有无线接入点的信号强度，并存储在数据库中。当待定位者进入WLAN覆盖区域时，根据其接收到的所有基站的信号强度，与数据库中的数据进行对比，就可以得到待定位者的位置。这种方法可以有效解决室内无线信号因为多径、反射、障碍而产生的噪声干扰问题。RADAR系统的定位精度可以达到2-3米。
RADAR系统也存在缺陷。当待定位区域的环境改变导致无线信号的传播路径发生改变时，各参考节点的信号强度就会发生改变，只能重新进行测量建立新的信号强度数据库，定位系统才不会失效。
1.3 基于蓝牙的室内定位技术
蓝牙是一种基于短波特高频的无线通信技术，可以用来在短距离设备之间传递数据。蓝牙4.0是蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）于2010年推出的新规范，大大降低了使用蓝牙进行通信的功耗，提高了传播速度和通信距离。
文献提出了一种基于蓝牙4.0技术的室内定位系统，其基本原理如图2所示。在室内特定位置安装蓝牙信号发射器，每隔一定时间发射一次信号，待定位者携带可以接收蓝牙信号的设备，当接收器接收到不同发射器的信号后，通过接收到的信号强度以及相应的算法就可以计算出待定位者的位置。系统的定位精度可以达到2-4米。 1.4 基于RFID 的室内定位技术
RFID采用电磁波进行数据传输。RFID技术主要包括两种组件，标签（tag）和阅读器（Reader）。标签内存储着一定的信息，阅读器可以读取标签内的信息，也可以向标签内写入信息。它们是通过内置于阅读器中的天线发射的电磁波来进行通信的，因此RFID技术具有非接触、非视距的特点。RFID标签体积小、制作成本低、使用寿命长，因此在室内定位方面得到了广泛应用。
最经典的基于RFID技术的定位系统为LANDMARC系统，其原理如图3所示。在待定位区域内设置位置已知的阅读器和参考标签，系统对阅读器检测到的待定位标签与参考
标签的RSSI（Received Signal Strength Indication，接收到的信号强度）值进行比较，找出与待定位标签位置相近的参考标签，赋予其不同的权重，与待定位标签信号强度越接近的参考标签权重越大。最后，根据近邻参考标签的实际位置和权重值计算出待定位标签的位置。该系统的定位精度受到阅读器数量、参考标签密度、算法中选择的近邻标签数以及室内环境的影响，基本的定位精度在1-2 m范围内。
1.5 基于UWB的室内定位技术
UWB是一种无载波通信技术，它不使用正弦信号来传送数据，而是利用脉冲信号来传送。它具有以下特点：高数据速率、功耗低、穿透力强、成本低。UWB可以有效减少非视距和多径传播所带来的误差。UWB定位系统通过附着在物体上的小型UWB标签实现对物体的三维动态定位。
Ubisense公司的UWB定位系统原理如图4所示。该系统主要由两部分组成，包括UWB传感器和UWB标签。UWB传感器以蜂窝方式组网，布置在待定位区域内，以确保待定位区域被完全覆盖。每个传感器包含一个射频信号收发器以及UWB信号接收器的相控阵。UWB标签由待定位者携带，包含一个射频信号收发器以及一个UWB信号发射器。待定位的UWB标签向周围发射UWB脉冲，UWB传感器接收到信号以后结合TDOA（TimeDifference of Arrival，到达时间差）方法和AOA（Angle of Arrival，到达角度）
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
室内定位技术的发展现状及前景分析
室内定位技术的发展现状及前景分析 摘要：从室内定位的角度出发，以GPS定位技术作为比较，分析了我国北斗系统定位技术的发展现状及前景。介绍了GPS系统和北斗系统现有的多种定位方式与解算算法，并总结出北斗系统的优势。北斗卫星导航系统正式提供服务以来.，地基增强系统的建设在我国陆续展开，多个地区的地基增强系统已经建立完成，借助于地基增强系统能够实现更好的室内定位，达到优于厘米级的高精度服务。分析了现有的室内定位技术、存在的问题以及近期的研究热点。 关键词：GPS；北斗系统；地基增强系统；室内定位 引言现如今，GPS定位技术已经应用到生活的各个领域，作为国内正在发展的北斗系统，也需要进一步提高定位精度，尤其是在室内环境的精确定位。 一．北斗简介 北斗，即北斗卫星导航系统，是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。主要目的是位全球用户提供高质量的定位、导航、授时服务，并能向有更高要求的授权用户提供进一步服务，军用与民用目的兼具。中国的北斗导航系统和美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、欧盟伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。 二．GPS和北斗的定位方式 2.1 GPS定位方式 GPS定位是结合了GPS技术、无线通信技术、图像处理技术及GIS技术的定位技术，主要可实现如下功能：1.跟踪定位2.轨迹回放3.报警(报告) 4.地图制作功能5.里程统计GPS 定位的方法是多种多样的，用户可以根据不同的用途采用不同的定位方法。 （1）根据定位所采用的观测值 伪距GPS定位，伪距定位所采用的观测值为GPS伪距观测值，所采用的伪距观测值既可以是C/A码伪距，也可以是P码伪距。伪距定位的优点是数据处理简单，对定位条件的要求低，不存在整周模糊度的问题，可以非常容易地实现实时定位;其缺点是观测值精度低，C/A 码伪距观测值的精度一般为3米，而P码伪距观测值的精度一般也在30个厘米左右，从而导致定位成果精度低，另外，若采用精度较高的P码伪距观测值，还存在AS的问题。 载波相位GPS定位，载波相位定位所采用的观测值为GPS的载波相位观测值，即L1、L2或它们的某种线性组合。载波相位定位的优点是观测值的精度高，一般优于2个毫米;其缺点是数据处理过程复杂，存在整周模糊度的问题。 （2）根据定位的模式 绝对GPS定位，绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。 相对GPS定位，相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。 2.2 北斗定位方式 北斗定位方式分单点定位和相对（差分）定位。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对（差分）定位是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
室内定位技术汇总教学内容
室内定位技术调研 随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，GPS和北斗导航定位系统在室内都很难定位，原因是定位系统星座发射的微波信号过于微弱，并且频率很高，即要沿着直线传播，且难以穿过墙壁，所以在室内就收不到信号了。只有在室外，天空中没有什么阻挡时可以接受。 图1 室内定位的方式 因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。这些室内定位技术从总体上可归纳为几类，即GNSS技术（如伪卫星等），无线定位技术（无线通信信号、射频无线标签、超声波、光跟踪、无线传感器定位技
术等），其它定位技术（计算机视觉、航位推算等），以及GNSS和无线定位组合的定位技术（A-GPS或A-GNSS）。除了以上提及的定位技术，还有基于计算机视觉、光跟踪定位、基于图像分析、磁场以及信标定位等。此外，还有基于图像分析的定位技术、信标定位、三角定位等。目前很多技术还处于研究试验阶段，如基于磁场压力感应进行定位的技术。如图1所示，能够满足米级定位精度的定位技术，从规模上推广角度来看由易到难，依次为 Wi-Fi、LED、RFID、ZiBee、超声波、蓝牙、计算机视觉、激光、超宽带等。实现室内定位技术上可以采取以下一种或多种混合：北斗定位、基站定位、wifi定位、IP定位、RFID/二维码等标签识别定位、蓝牙定位、声波定位、场景识别定位. Wi-Fi定位 Wi-Fi定位相比于北斗、GPS、基站定位方式的优势在于室内定位精度高。由于Wi-Fi热点廉价、布设容易，很容易通过增加Wi-Fi热点来提高室内定位精度。若用于LBS，Wi-Fi定位可作为一定室内区域（如博物馆内部、校园内各建筑内部）的定位手段，而在室外仍用北斗定位等方式。当前比较流行的Wi-Fi 定位是无线局域网络系列标准之IEEE802.11的一种定位解决方案。该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易于安装，需要很少基站，能采用相同的底层无线网络结构，系统总精度高。Wi-Fi绘图的精确度大约在1米至20米的范围内，总体而言，它比蜂窝网络三角测量定位方法更精确。但是，如果定位的测算仅仅依赖于哪个Wi-Fi的接入点最近，而不是依赖于合成的信号强度图，那么在楼层定位上很容易出错。目前，它应用于小范围的室内定位，成本较低。但无论是用于室内还是室外定位，Wi-Fi收发器都只能覆盖半径90米以内的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。利用 Wi-Fi 可以覆盖一个十万平米的商场,费用几十万元，在这个商场中不仅可以做到米级的定位，还可以满足上网需求（在商场中用户的需求中，上网的需求远远大于室内定位导航的需求）。Wi-Fi 定位并不是不能做亚米级乃至分米级的定位，英国的研究机构就用 Wi-Fi 技术来探测墙后恐怖分子的肢体活动，当然这个成本目前也不是大众消费市场所能负担的。Wi-Fi需要60～140m配置基站继续覆盖。
基于RSSI测距的室内定位技术
基于RSSI测距的室内定位技术 2012-08-14 12:19:45 摘要搭建了基于ZigBee技术的室内定位实验平台，以实验室楼道为室内场景进行了接收信号强度(RSSI)测距和定位实验研究。首先对测距实验采集到的数据使用线性回归分析拟合出当前环境的具体测距模型，并对信标和未知节点进行软件开发，实现了基于RSSI的定位算法。经过定位实验精度评估，文中算法的平均定位误差为2．3 m，满足大多室内场景要求。 关键词室内定位；无线传感器网络；RSSI测距；线性回归分析 随着现代通信、网络、全球定位系统(Global PositionSystem，GPS)、普适计算、分布式信息处理等技术的迅速发展，位置感知计算和基于位置的服务(Location Based Setvices，LBS)在实际应用中越来越重要。GPS是目前应用最广泛和成功的定位技术。由于微波易被浓密树林、建筑物、金属遮盖物等吸收，因此GPS 只适合在户外使用，在室内场合，由于信道环境复杂、微波信号衰减厉害、测量误差大，GPS并不适用。近年来基于低成本、低功耗、白组织的无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)定位技术得到了科研人员的重视和研究，具有广泛地应用前景。根据定位过程中是否实际测量节点间的距离，可将定位算法分为基于测距(Range-based)的定位和距离无关(range-free)的定位。基于测距的定位先由未知节点硬件接收外部信标节点发射的无线信号并记录下TOA(Time of Arrival)、AOA(Angle of Arrival)、TDOA(Time Difference of Arrival)、RSSI(Received Signal strength Indicator)等测距度量值，然后将测距度量值转为未知节点到信标节点的距离或方位，然后再采用相关算法如三边测量法、三角测量法、极大似然估计法等来计算未知节点的位置。由于RSSI检测设备和机制简单，硬件成本低，实现简单，可通过多次测量平均获得较准确的信号强度值，降低多径和遮蔽效应影响，因此基于RSSI测距的定位技术成为近年来室内定位研究的热点。 1 RSSI测距原理 无线信号传输中普遍采用的理论模型为渐变模型(Shadowing Model)。 式中，p(d)表示距离发射机为d时接收端接收到的信号强度，即RSSI值；p(d0)表示距离发射机为d0时接收端接收到的信号功率；d0为参考距离；n是路径损耗(Pass Loss)指数，通常是由实际测量得到，障碍物越多，n值越大，从而接收到的平均能量下降的速度会随着距离的增加而变得越来越快：X是一个以dBm为单位，平均值为0的高斯随机变量，反映了当距离一定时，接收到的能量的变化。 实际应用中一般采用简化的渐变模型 为便于表达和计算，通常取d0为1 m。于是可得 [p(d)]dBm=A-10nlg(d) (3) 把[p(d)dBm写成RSSI的形式得到 RSSI=A-10nlg(d) (4) 其中，A为无线收发节点相距1 m时接收节点接收到的无线信号强度RSSI值。式(4)就是RSSI测距的经典模型，给出了RSSI和d的函数关系，所以已知接收机接收到的RSSI值就可以算出它和发射机之间的距离。A和n都是经验值，和具体使用的硬件节点和无线信号传播的环境密切相关，因此在不同的实际环境下A 和n参数不同，其测距模型不同。
室内定位应用及解决方案详解
室内定位应用及解决方案详解 一、什么是室内定位？如何实现室内位置定位？ 在室内环境无法使用卫星定位时，使用室内定位技术作为卫星定位的辅助定位，解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题。最终定位物体当前所处的位置。 室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在 室内空间中的位置监控。 二、做室内定位比较好的公司有哪些？ 近几年做室内定位的创业公司比较多，怎么选择做室内定位比较好的公司？要看该企业是否能够做到满足室内定位用户需求，同时优化成本也是至关重要的一个方面。 例如恒高科技提出从方案设计、安装、运维三方面来优化产品成本投入。 1.方案设计 方案设计的目标是针对不同应用场景设计产品，降低成本投入。能想象到，水电站、化工厂中的室内定位技术部署方式和博物馆、自动驾驶中的部署方式一 定有区别，如果设计方案不适合所应用场景，必然将影响研发、生产等一系列环节，增加时间或人才投入，进而增加成本投入。 当然，并不是说不同应用场景的部署方式一定不同。对于做室内定位服务方案的企业来说，要做的便是归纳用户实际需要，找到共性之后将用户需求分门别类，从而快速完成方案设计。
谈到用户需求的分类方法，按照定位制式可分为两类：跟踪定位（被动定位）和导航定位（主动定位）；按照TDOA定位方法也可分两类：下行TDOA和上行TDOA 两者在定位标签容量、定位动态、定位标签功耗、定位基站功耗方面各有优势，如下图所示。 下IfTPOA与上行TPOA定位方法对比 宦位标签容量 F 行TDOA>上行eoA 定位动态下行TPOA<上行TPOA 定位标签功耗下行丁DOA>上行TPOA 方仿总站功择T 行丁DQA卜irTDHA 以上四种方式自由组合，即能应用在不同场景之中。例如建筑工地、火电厂、水电站、化工厂等通常需要跟踪、导航定位兼得，上/下行TDOA兼得；监狱、港口码头、养老院/疗养院等只需跟踪室内定位与上行TDOA而机器人、无人机、自动驾驶汽车、景区导航等只需导航室内定位与下行TDO A总的来说，方案设 计必须依据应用场景与用户需求来定，不可改变。 2.安装
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/d513808119.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/d513808119.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
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：★★★☆☆
室内定位惯性导航
室内定位惯性导航 2016-08-10 joy 室内定位最新资讯 随着移动通信技术的快速发展与智能手机的日益普及，越来越多基于位置信息的服务进入了实际生活和生产。被广泛应用的全球定位系统(GPS)及蜂窝网定位等技术能在室外环境下实现较高精度的定位，但在室内常常面临无线信号衰减、定位精度下降等问题。为满足人们对于室内定位的需求，出现了众多室内定位技术。这些技术各有特点，应用环境也不相同。 上海北寻信息科技有限公司等研发的惯性室内定位技术是惯性导航原理在室内环境中的应用，具有惯性导航固有的自主性强、环境适应性好、易于实现三维定位等优点，是实现无GPS及其它无线网络环境下室内定位的良好选择。 1. 定位算法结构 基于惯性测量的室内定位主要有步行航位推测(Pedestrian Dead Reckoning)与捷联惯性导航(Strap-down Inertial Navigation)两种方式可应用 于手持平台。 2. 静止检测算法 零速度修正算法需要检测设备速度为零的状态，并将此状态下传感器加速度数据积分得到的速度值作为扩展型卡尔曼滤波器速度误差的测量值，用以估计速度误差，因此准确判断设备静止是保证系统良好运行的重要基础。 在n t 时刻，加速度与角速度的模值分别为： 在tn时刻附近选取一时间窗tnm~tn+m，期间加速度模值的方差为： 3. 定位算法的完整流程 采用捷联惯性室内定位算法，从MEMS 传感器采集数据到获取位置信息主要包括下面五个步骤： （1）初始对准，确定定位起始点，并通过重力在设备坐标系的投影确定设备初始滚转角与俯仰角，同时使用磁阻传感器确定初始偏航角； （2）扩展型卡尔曼滤波器更新开始，通过将滤波器状态向量中的对应项分别与加速度计与陀螺仪输出的加速度与角速度向量相加，对加速度与角速度进行补偿； （3）使用补偿后的陀螺仪三轴角速度计算设备姿态角，再使用姿态角计算相对应的旋转矩阵，该矩阵作为扩展型卡尔曼滤波器的输入量参与滤波器更新；（4）将旋转矩阵与补偿后的加速度向量相乘，将加速度从设备坐标系转换到地理坐标系； （5）对转换坐标系后的加速度进行积分，得到地理坐标系下的速度，再对该速度进行积分得到地理坐标系下的位移，即为相对初始点的位置信息；当静止检测算法检测到静止状态时，触发卡尔曼滤波器的测量过程（即零速度修正过程），将滤波器输出的速度误差最优估计与积分所得的速度相加，获得修正后的速度；再使用速度误差的最优估计计算位移的估计误差，并与修正后的速度积分所得的位移相加，获得修正之后的位移。
七大室内定位技术PK
七大室内定位技术PK
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
超声波室内定位系统是基于超声波测距系统而开发，由若干个应答器和主测距器组成：主测距器放置在被测物体上，向位置固定的应答器发射同无线电信号，应答器在收到信号后向主测距器发射超声波信号，利用反射式测距法和三角定位等算法确定物体的位置。 超声波室内定位整体精度很高，达到了厘米级，结构相对简单，有一定的穿透性而且超声波本身具有很强的抗干扰能力，但是超声波在空气中的衰减较大，不适用于大型场合，加上反射测距时受多径效应和非视距传播影响很大，造成需要精确分析计算的底层硬件设施投资，成本太高。 超声波定位技术在数码笔上已经被广泛利用，而海上探矿也用到了此类技术，室内定位技术还主要用于无人车间的物品定位。 射频识别(RFID)室内定位技术 精确度：★★★★★ 穿透性：★★★☆☆ 抗干扰性：★★☆☆☆ 布局复杂程度★★☆☆☆ 成本：★★☆☆☆ 射频识别室内定位技术利用射频方式，固定天线把无线电信号调成电磁场，附着于物品的标签进过磁场后感应电流生成把数据传送出去，以多对双向通信交换数据以达到识别和三角定位的目的。(感应门禁卡和商场防盗系统用的就是这种技术) 射频识别室内定位技术作用距离很近，但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且由于电磁场非视距等优点，传输范围很大，而且标识的体积比较小，造价比较低。但其不具有通信能力，抗干扰能力较差，不便于整合到其他系统之中，且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善。 射频识别室内定位已经被仓库、工厂、商场广泛使用在货物、商品流转定位上。
室内定位技术发展与应用研究
第 40卷第6期 测绘与空间地理信息 V 〇L40，N 〇.62017 年 6 月 GEOMATICS & SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGY Jim.，2017 室内定位技术发展与应用研究 周源，刘禹鑫，林富明 (国家测绘地理信息局黑龙江基础地理信息中心，黑龙江哈尔滨150081) 摘 要 ：目前，全球卫星导航系统是获取室外环境位置信息最常用的技术手段，但由于卫星信号易被遮挡，并不 适用于室内或者高楼林立的复杂场合，因此，室内定位技术作为室外定位的有力补充迅速发展。本文通过介绍 目前主流室内定位方式及关键技术，结合室内定位技术的研究现状，深入挖掘了室内定位技术的潜在价值及广 阔前景，并提出具体创新应用方向，力求构建深层面的智慧位置平台。 关键词：室内定位；WI - F I ;定位数据；关键技术;应用前景；位置服务中图分类号：P 236 文献标识码：A 文章编号：1672 -5867(2017)06 -0054 -04 Research on the Development and Application of Indoor Positioning Technology ZHOU Yuan , LIU Yu -xin , LIN Fu - ming (Heilongjiang Geomatics Center of NASMG, Harbin 150081, China) Abstract ： At present , the Global Navigation Satellite System (GNSS ) is the most commonly used technical means accessing to outdoor environment location information , but the satellite signal is easily blocked and does not apply to the complex situations , such as indoor or high - rise buildings , so as the powerful supplement of outdoor positioning , indoor positioning technology is rapidly developing . Through the introduction of the method and key technology of current mainstream indoor positioning and combined with the research status of indoor positioning technology , the paper deeply digs the potential value and broad prospects of the indoor positioning technolo -gy , puts forward the specific innovation application , and strives to build the Smart Location Platform .Key words ： indoor positioning ； WI - FI ； location data ； key technology ； application prospect ； LBS 〇引言 随着人类社会的进步，人们越来越关注自身的精确 位置信息，以及兴趣点的定位与导航。GNSS 提供了有效 的室外定位手段，成为很多人的必备工具。但是卫星导 航也有它的不足:在高楼林立的城市区域以及大型场馆 的室内环境，卫星定位的精度会大幅降低，甚至无法定 位。随着人们对精准性和速度的要求越来越高，对室内 定位的需求也十分迫切，定位与位置服务“最后一公里”问题日益突出，室内定位凸显了其作用与价值。 常规的室内定位技术手段是:通过在室内有效布置 基站，用户凭借手机等工具在基站中产生包括距离和信 号强度等指纹特征，再根据多个基站的指纹交叉确定用 户的位置。目前，已经投入应用的基站类型包括Wi - Fi 、 收稿日期=2016 -08 -29 基金项目=2016年国家基础测绘科技计划项目测绘新技术系统开发与示范应用子课题室内外高精度无缝定位技术研究与智慧位置 示范系统构建(2016 KJ 0102)资助 作者简介:周源（1981 -)，男，吉林省吉林市人，工程师，硕士 ,2007年毕业于东北林业大学森林经理学专业，主要从事地理信息系 统研发、位置服务应用研究工作。 蓝牙、室内LED 灯、有源RFID 、UW B 等多种方式。此外， 有研究机构正积极开展基于多媒体的室内定位技术研 究，并获得初步成果。完善的室内定位技术，将是整合Wi -Fi 、蓝牙等基站数据的解算，配合手机或平板设备的陀 螺仪、摄像头、麦克风等自身硬件姿态参数，得出最终用 户位置，通过多种途径，实现室内条件下的精准定位。 1室内定位及应用关键技术 1.1主要室内定位方法 目前，室内定位技术百花齐放，除主流的Wi - Fi 、蓝 牙定位技术，还有红外线定位技术、超声波室内定位技 术、射频识别（RFID )室内定位技术、ZigBee 室内定位技 术、超宽带室内定位技术[1]。另外，基于计算机视觉、图 像、磁场以及信标等定位方式也已处于开发研究试验阶
室内定位技术及应用
室内定位技术及应用 一、定位技术和应用分类 1.定位技术 如下图所示，目前在用的定位技术主要分为三种： 1）基于卫星网络的定位 包括GPS、伽利略、GLONASS和我国的北斗定位。 2）射频网络定位 包括运行商基站位置定位、蓝牙定位、红外定位、WIFI热点定位等。 3）基于传感器网络的定位 包括基于惯性传感器的定位、利用磁场定位、LIFI可见光通信定位、激光定位等 2.定位技术的应用 分两类： 1）室外应用 主要是用于导航、智慧物流等室外作业，活动范围广泛，便于接收卫星信号的领域。 2）室内应用 位置服务的相关技术和产业正从室外向室内发展，以提供无所不在的基于位置的服务。 包括作为室外定位技术的位置信息补盲（例如人员进入室内后的轨迹定位）、室内作业人员（甚至机器人、无人导引车等）位置跟踪与导向、室内关键物品固定位置的监控、轨道列车的导航和定位（包括信息服务等）。
二、室外定位 目前应用于室外定位的主流技术主要有卫星定位和基站定位两种。 1.卫星定位 卫星定位即是通过接收卫星提供的经纬度坐标信号来进行定位，卫星定位系统主要有：美国全球定位系(GPS)、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)、欧洲伽利略(GALILEO)系统、中国北斗卫星导航系统，其中GPS系统是现阶段应用最为广泛、技术最为成熟的卫星定位技术。 GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分、用户设备部分。 空间部分是由24 颗工作卫星组成，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗），卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象； 控制部分主要由监测站、主控站、备用主控站、信息注入站构成，主要负责GPS卫星阵的管理控制； 用户设备部分主要是GPS接收机，主要功能是接收GPS卫星发射的信号，获得定位信息和观测量，经数据处理实现定位。 GPS的定位通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收器的位置。卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距）。 当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外,还要引进一个变量t 即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。如下图所示：
室内定位技术研究
西北工业大学 先进测试控制技术导论大作业室内定位系统的研究 姓名：XXX 班级：XXXXXXXX 学号：XXXXXXXXXX 1
摘要 目前,人们对室内定位与导航的需求越来越大,如在展厅、图书馆、仓库、超市等室内环境中,用户希望持有可移动设备能够自由定位并导航,虽然室外定位技术发展越来越完善,但是室内定位仍在起步阶段。本文研究了室内定位系统的背景和国内外发展状况，阐述了室内定位系统的相关概念和原理，列述了室内定位所用到的一些定位算法、定位结构和模型。同时，在几种定位算法的基础上罗列了几种室内定位技术，包括：超声波技术、红外技术、频射技术、WIFI与蓝牙技术、ZigBee与超宽带技术等等。并通过比较分析了解了每种技术的相应优缺点。 关键词：室内定位、定位算法、定位技术 2
目录 摘要 (2) 第一章绪论 (5) 1.1 课题背景及研究意义 (5) 1.2 研究现状及其趋势 (5) 1.3 国内外的研究现状 (6) 第二章室内定位系统基本概念与原理 (7) 2.1 定位算法 (7) 2.2 室内定位系统的结构与模型 (8) 第三章室内定位系统 (11) 3.1 超声波技术 (11) 3.2 红外技术 (11) 3.3 蓝牙技术 (12) 3.4 射频技术 (12) 3.5 WIFI技术与蓝牙技术 (13) 3.6 Zigbee与超宽带技术 (13) 第四章结束语 (14) 参考文献 (16) 3
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第一章绪论 1.1 课题背景及研究意义 卫星定位导航系统的产生及发展，让人们拥有了在广阔的室外空间中以前所未有的可靠性、精度获取事物地理位置属性的技术方法，已经基本上解决了在室外空间中进行准确定位的问题，并且已经在军事、资源、交通、农牧渔业、环境、测绘等领域以及人们日常的生活中得到了非常广泛的应用。 然而，虽然定位技术性能、精度都很高,但是其信号遇到障碍物衰减,无法穿透建筑物进行室内定位导航的局限性也日渐凸显,它在室内工作效果并不理想。社会经济的飞速发展及人们生活水平的提高,使得我们对室内的定位导航需求越来越大,比如在博物馆、超市、机场等场所消费者需要快速了解自身所处位置,并到达目的地在矿井、火灾现场,为警察等工作人员提供精确的导航与定位。为了解决室内这一特殊环境定位的问题，必须研究专门的定位方法。与已经非常成熟的室外卫星定位导航系统相比，室内定位技术还处于刚起步阶段，但是却具有很大的应用空间。室内定位的应用领域主要包括导航和工程测量、位置服务和监控以及智能空间。 伴随着人类对室内定位需求的增大,科学技术也在高速发展,总结、分析、研究当前的室内定位技术有利于室内定位技术广泛应用于人们的生产和生活之中。 1.2 研究现状及其趋势 室内定位技术应用的区域是封闭或半封闭空间，室内不止是通常所说的一般建筑物内部，它还包括地下矿井、密集的高层建筑区、树林等。室内环境相比户外要复杂的多，根据不同的环境、应用和需求，用于室内定位的技术主要有:激光、红外、蓝牙、射频、无线电、超声波、计算机视觉、磁场等。其中，有些技术经过开发利用，形成了比较系统的定位服务解决方案或成形的商业产品，但仍有许多技术尚在研究试验中。如使用磁场压力感应的智能地板的研制试验，这种方法需依赖特定的设备，成本昂贵实用性低。 进行室内定位的主要测距方法有到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角度(AOA), RSS技术[等。这些方法都能在定位系统中计算有效的距离，其中到达时间、到达时间差、到达角度技术都能提高定位精度，但是由于室内环境复杂可能会影响其定位精度。 美国高通公司(QUALCOMM)及其子公司Snap Track在GPS定位技术的基础上，提出了A-GPS解决方案。结合CDMA网实现了移动终在室内外端准确的定位。由于A-GPS是基于CDMA 网络，需要使用手机作为载体，所以可能需要用户使用特制的手机设备。一般用户很难接受为了不频繁使用的位技术更换手机，并且这种特制的手机相对一般手机耗电量会增加，所以A-GP技术目前没有得到广泛推广。 近几年来一种基于WIFI的室内定位技术进入到大家的视野中，各大媒体争先报道，有的 5