Question

[浅谈无线定位技术] 无线定位技术有哪些

Answer 1

　　摘 要：无线定位作为无线技术的一项重要应用，近年来发展迅猛被广泛应用于导航、虚拟实现和军事目标定位等方面。本文重点对几种常用的无线定位技术进行了深入分析和讨论。　　关键词：无线定位、GPS、TDOA
　　1. 什么是无线定位技术
　　无线定位技术是利用WiFi技术的射频识别和传感器等设备，通过测量接收到的无线电波的时间、幅度、相位等参数，根据相关算法判断被测物体的位置，实现定位、监测和追踪特定目标位置，广泛应用于导航、机器人跟踪、虚拟实现和军事目标定位等方面。
　　2. 常用的无线定位技术
　　无线定位主要包括GPS、移动定位、超声波、UWB、 RFID、WiFi等几种定位方式。其中GPS和移动定位主要应用在室外环境适合广域定位，其余几种主要应用在室内环境，适合短距离定位。下面本文将重点讨论几种常用的无线定位技术。
　　2.1 GPS定位技术
　　GPS包括21颗工作卫星和3颗备用卫星，均匀分布在6个轨道上。地面的接收机会接收GPS卫星发送的信号，从而获取导航和定位信息及观测量，并经过简单数据处理获取到达时间（TOA）信息，再结合卫星广播的星历信息实现实时导航和定位。GPS定位系统在开阔地定位精度高，具有良好的抗干扰和保密性，可应用于室外车辆定位导航。但由于卫星信号容易被建筑物、金属覆盖物、浓密树林阻挡，往往无法精确定位。目前比较实用的是A-GPS即辅助GPS技术。它利用通信网络基站从远程定位服务器获取当前卫星的星图、俯仰角等信息，从而提高 GPS 卫星定位系统的性能和速度。
　　2.2Cell-ID定位技术
　　Cell-ID即小区识别号，在移动网络中每个小区都有一个唯一的利用移动终端所在Cell对应的小区识别号。只要系统能够把该小区基站设置的中心位置和小区的覆盖半径发送给移动终端，就可以粗略确定移动终端的位置。Cell-ID定位实现简单，响应速度快，不需改动网络和移动终端，有良好的覆盖性和可靠性。但是定位精度比较差且依赖于基站覆盖范围的大小，如果在基站分布较少的地区则很难精确定位，通常需与其他定位结合使用。
　　2.3智能天线AOA
　　AOA技术在两个以上的位置点放置4至12组天线阵列，以确定移动台发送信号相对于基站的角度，以此构成基站到移动台的直接连线，两线的交汇处即为待定位移动台的位置。AOA系统结构简单，只需2个基站即可实现定位；但要求天线阵具有高度灵敏度和高空间分辨率。在障碍物较少的开阔地区可以获得较高的定位精度，但在建筑物物密集的环境中，受多径传输效应的影响，定位精度下降。同时随着终端和基站距离的增加，定位精度也会受影响而逐渐降低。为了减小多径干扰的影响，AOA技术必需使用智能方向天线。基于实现复杂和设备成本的原因，AOA技术尚未在城市蜂窝定位系统中广泛应用。
　　2.4超声波无线定位
　　超声波定位系统可由若干个应答器和一个主测距器组成，其定位原理主要是采用基于到达时间差的定位（TDOA）方法，精度高可达cm级。TDOA是通过检测信号到达两个基站的时间差，来确定移动台的位置。若有三个不同的基站可以测到两个TDOA，则需分别建立两个以基站位置为焦点的双曲线方程，求解双曲线的交点即可得知移动台的位置。倒车雷达使用的就是超声波技术，但需要专有设备，且受多径效应和非视距传播影响很大，在室内应用受限。
　　2.5 RFID射频识别定位
　　射频识别RFID的定位技术是通过无线电信号识别标签进行自动身份辨认的技术。RFID可以采用位置感知和基于接收信号强度指示(RSSI)方式来实现定位。在位置感知方式下，可以通过对跟踪对象安装RFID标签，然后部署RFID标签读取器的位置，当跟踪对象进入到感知范围内时，即可检测到跟踪对象的位置。基于RSSI方式是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，根据相应数据进行定位计算。RFID标签成本低，目前广泛应用在商品物流、人员定位及物联网领域。但需要部署多个读写器构建定位基础设施，标签和部署方式不同以及参考标签数量的多少都会影响定位精度，因此很难大规模部署。
　　2.5 WiFi定位技术
　　WiFi定位技术是基于现有WLAN网络，采用接收信号强度方式进行定位。现在很多办公楼、商场、机场都有无线路由器，这个就是WiFi热点。定位端比如手机只要侦听一下附近都有哪些热点，检测一下每个热点的信号强弱，然后把这些信息发送给远程服务器。服务器根据这些信息，查询每个热点在数据库里记录的坐标，进行运算即可实现定位。显然所收到的热点越多，定位也就越准确。WiFi定位比较方便，成本也低，但是信号易受环境干扰，定位精度和准确度较差，不适于高精度实时跟踪场景。
　　2.6 UWB技术
　　超宽带（UWB，Ultra-Wideband)，是利用发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲信号进行高速无线数据传输的短程通信技术。UWB技术具有带宽极宽、发送功率低、抗干扰能力强、保密性好等优点。基于UWB的定位主要采用TDOA方式来实现，定位精度可以达到厘米级。UWB可用于室内精确定位，例如战场士兵的位置定位、机器人运动跟踪等。
　　3. 结语
　　不管是室外定位还是室内定位都有其优势也有其局限性，未来定位技术的发展一定是广域定位和短距离定位相结合，既能提高响应速度，又可以覆盖较广的范围，实现无缝的、高精确定位。
　　参考文献
　　1.谢展鹏、熊思民、徐志强.无线定位技术及其发展. 现代通信. 2004年第3期
　　2.阎啸天、于蓉蓉、武威.无线网络定位技术.中国移动官网. 2011-03-14
　　3.吴雨航、吴才聪、陈秀万. 介绍几种室内定位技术.中国测绘报. 2008-01-29
　　4.孙利辉.无线定位技术在无线网管中的应用.IP领航.2011年02月