室內(nèi)定位在一些特定場(chǎng)合的實(shí)用性和必要 性已經(jīng)日趨顯著，其應(yīng)用前景廣闊，研究意義非常大，目前也是一個(gè)非常熱門(mén)的議題。本文闡述幾種常用的室內(nèi)定位技術(shù)手段，并具體闡述這些技術(shù)的典型實(shí)例，對(duì)比其精度及優(yōu)缺點(diǎn)。在比較中作者認(rèn)為基于RFID的室內(nèi)定位系統(tǒng)性價(jià)比比較高，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。ZigBee則是一種基于RFID的能很好地解決室內(nèi)定位的方案技術(shù)手段。

　　1 引言

　　隨著時(shí)代飛速變遷，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，信息服務(wù)質(zhì)量效率提高，受干擾度小，在人們的生活工作及科學(xué)研究中起到了非常重要的作用。室內(nèi)定位技術(shù)非常實(shí)用，具有較大的拓展空間，其應(yīng)用范圍廣泛，在復(fù)雜環(huán)境下，如圖書(shū)館，體育館，地下車(chē)庫(kù)，貨品倉(cāng)庫(kù)等都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人員以及物品的快速定位。

　　室內(nèi)定位系統(tǒng)有最基本的5種算法：

　?。?） 起源蜂窩小區(qū)技術(shù)；

　?。?）時(shí)間到達(dá)法（TOA）；

　?。?）時(shí)間到達(dá)差法（TDOA）；

　?。?）信號(hào)強(qiáng)度法（RSSI）；

　?。?）到達(dá)角度差法（AOA）。

　　常用的室內(nèi)定位技術(shù)主要包括以下幾種：

　　（1） 基于超聲波定位技術(shù)；

　?。?） 基于紅外線的定位技術(shù)；

　?。?） 基于超寬帶的定位技術(shù)；

　?。?）射頻識(shí)別定位技術(shù)（WLAN、ZigBee）等。

　　2 幾種室內(nèi)定位技術(shù)的比較

　　2.1 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(guò)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)還有下面兩種：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(wèn)題。

　　定位精度：超聲波定位精度可達(dá)厘米級(jí)，精度比較高。缺陷：超聲波在傳輸過(guò)程中衰減明顯從而影響其定位有效范圍。

　　2.2 紅外線技術(shù)

　　紅外線是一種波長(zhǎng)間于無(wú)線電波和可見(jiàn)光波之間的電磁波。典型的紅外線室內(nèi)定位系統(tǒng)Active badges使待測(cè)物體附上一個(gè)電子標(biāo)識(shí)，該標(biāo)識(shí)通過(guò)紅外發(fā)射機(jī)向室內(nèi)固定放置的紅外接收機(jī)周期發(fā)送該待測(cè)物唯一ID，接收機(jī)再通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫(kù)。這個(gè)定位技術(shù)功耗較大且常常會(huì)受到室內(nèi)墻體或物體的阻隔，實(shí)用性較低。

　　如果將紅外線與超聲波技術(shù)相結(jié)合也可方便地實(shí)現(xiàn)定位功能。用紅外線觸發(fā)定位信號(hào)使參考點(diǎn)的超聲波發(fā)射器向待測(cè)點(diǎn)發(fā)射超聲波，應(yīng)用TOA基本算法，通過(guò)計(jì)時(shí)器測(cè)距定位。一方面降低了功耗，另一方面避免了超聲波反射式定位技術(shù)傳輸距離短的缺陷。使得紅外技術(shù)與超聲波技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

　　定位精度：5~10m。缺陷：紅外線在傳輸過(guò)程中易于受物體或墻體阻隔且傳輸距離較短，定位系統(tǒng)復(fù)雜度較高，有效性和實(shí)用性較其它技術(shù)仍有差距。

　　2.3 超寬帶技術(shù)

　　超寬帶技術(shù)是近年來(lái)新興的一項(xiàng)無(wú)線技術(shù)，目前，包括美國(guó)，日本，加拿大等在內(nèi)的國(guó)家都在研究這項(xiàng)技術(shù)，在無(wú)線室內(nèi)定位領(lǐng)域具有良好的前景。UWB技術(shù)是一種傳輸速率高（最高可達(dá)1000Mbps以上），發(fā)射功率較低，穿透能力較強(qiáng)并且是基于極窄脈沖的無(wú)線技術(shù)，無(wú)載波。正是這些優(yōu)點(diǎn)，使它在室內(nèi)定位領(lǐng)域得到了較為精確的結(jié)果。

　　超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)常采用TDOA演示測(cè)距定位算法，就是通過(guò)信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差，通過(guò)雙曲線交叉來(lái)定位的超寬帶系統(tǒng)包括產(chǎn)生、發(fā)射、接收、處理極窄脈沖信號(hào)的無(wú)線電系統(tǒng)。而超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)（如圖1所示）則包括UWB接收器、UWB參考標(biāo)簽和主動(dòng)UWB標(biāo)簽。定位過(guò)程中由UWB接收器接收標(biāo)簽發(fā)射的UWB信號(hào)，通過(guò)過(guò)濾電磁波傳輸過(guò)程中夾雜的各種噪聲干擾，得到含有效信息的信號(hào)，再通過(guò)中央處理單元進(jìn)行測(cè)距定位計(jì)算分析。

　　圖1 UWB室內(nèi)定位結(jié)構(gòu)圖

　　基于超寬帶技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)典型實(shí)例為：Ubisense，其定位方法為三邊定位，定位精度為：6~10cm，缺陷：造價(jià)較高。

　　2.4 射頻識(shí)別技術(shù)

　　射頻定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常方便， 而且系統(tǒng)受環(huán)境的干擾較小，電子標(biāo)簽信息可以編輯改寫(xiě)比較靈活。下面具體介紹該技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用。

　　3 基于射頻識(shí)別（RFID）的室內(nèi)定位技術(shù)

　　3.1 RFID技術(shù)原理

　　射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是一種操控簡(jiǎn)易，適用于自動(dòng)控制領(lǐng)域的技術(shù)，它利用了電感和電磁耦合或雷達(dá)反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。射頻（RF）是具有一定波長(zhǎng)的電磁波，它的頻率描述為：kHz、MHz、GHz，范圍從低頻到微波不一。