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淺談室內(nèi)定位技術(shù)

作者:大衛(wèi)
來源:RFID世界網(wǎng)
日期:2016-04-29 10:11:40
摘要:從古至今,人類的方方面面就離不開“定位”技術(shù),從古代遠(yuǎn)洋航海羅盤,再到現(xiàn)如今每個電子終端都有的GPS,定位技術(shù)在我們身邊可謂是無處不在。但人類已經(jīng)演變成生活在鋼筋混凝土森林的動物,工作和生活在室內(nèi)的時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過室外,而且室內(nèi)同樣有定位和導(dǎo)航的需求。目前市內(nèi)定位技術(shù)主要分為RSSI感知定位、RTLS實(shí)時坐標(biāo)級定位、以及慣導(dǎo)定位三種方式。
關(guān)鍵詞:定位技術(shù)

  從古至今,人類的方方面面就離不開“定位”技術(shù),從古代遠(yuǎn)洋航海羅盤,再到現(xiàn)如今每個電子終端都有的GPS,定位技術(shù)在我們身邊可謂是無處不在。但人類已經(jīng)演變成生活在鋼筋混凝土森林的動物,工作和生活在室內(nèi)的時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過室外,而且室內(nèi)同樣有定位和導(dǎo)航的需求。目前市內(nèi)定位技術(shù)主要分為RSSI感知定位、RTLS實(shí)時坐標(biāo)級定位、以及慣導(dǎo)定位三種方式。

淺談室內(nèi)定位技術(shù)

  RSSI感知定位技術(shù)

  基于RSSI定位技術(shù)的主要有:有源RFID,ZigBee,WiFi、藍(lán)牙iBeacon等,他們共同特點(diǎn)都是2.4GHz頻段的基于場強(qiáng)信號強(qiáng)弱檢測以及指紋采集(采集多個位置信號強(qiáng)度參考值)的感知判斷,獲得相對位置,但沒有定位坐標(biāo)。

  值得一提的是目前比較火熱的是iBeacon陣營,采用BLE技術(shù),定期發(fā)送的通告幀,支持BLE的設(shè)備就可以接收到,通過模塊與接收器之間相距1m時的參考接收信號強(qiáng),接收器根據(jù)該參考RSSI與接收信號的強(qiáng)度來推算發(fā)送模塊與接收器的距離。基于RSSI定位技術(shù)的產(chǎn)品他的應(yīng)用市場主要針對普通人員定位、商業(yè)消費(fèi)定位,比如家校通學(xué)生管理、醫(yī)院的老人管理、商場里面的消費(fèi)群體定位等。

淺談室內(nèi)定位技術(shù)

  無線電實(shí)時定位技術(shù)(RTLS)

  上面的RSSI的感知定位技術(shù)沒有定位坐標(biāo),無法滿足高精度坐標(biāo)級定位的需求,RTLS(實(shí)時定位系統(tǒng))技術(shù)隨之而生,主要無線電進(jìn)行測距計(jì)算、時間差計(jì)算、角度計(jì)算等實(shí)現(xiàn)定位。主要的定位算法有:TDOA(到達(dá)時間差定位)、AOA(到達(dá)角度定位)、TOA(到達(dá)時間)、TW-TOF(雙向飛行時間)、NFER(近場電磁測距)等。其中UWB頻段(超寬帶無線電頻段,6-8GHz)因其為脈沖波、帶寬高等特性,被發(fā)現(xiàn)非常適合用來做定位,定位精度高且不易受干擾,特別是Ubisense公司開創(chuàng)性地推出了全球第一套UWB定位系統(tǒng),UWB定位系統(tǒng)這才被全世界各行業(yè)所應(yīng)用。

  國內(nèi)也在積極地研發(fā)定位系統(tǒng),2013年底愛爾蘭一家名叫Decawave的公司正式推出DW1000 UWB射頻芯片,提供了UWB定位核心的基礎(chǔ)部分,此后國內(nèi)的唐恩科技、南京沃旭、清研訊科、無錫真源、深圳暚光等公司推出了低成本的UWB定位系統(tǒng),但目前DW1000芯片良品率不到60%,時間計(jì)算不穩(wěn)定,配套能力不夠等問題導(dǎo)致國內(nèi)的衍生產(chǎn)品都很不穩(wěn)定,大部分產(chǎn)品還都無法在項(xiàng)目中實(shí)際使用。

淺談室內(nèi)定位技術(shù)

  慣導(dǎo)定位技術(shù)

  慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通過陀螺儀、加速度計(jì)以及其他運(yùn)動傳感器的結(jié)合實(shí)現(xiàn)單終端無基站定位。通過給慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供初始位置及速度,對運(yùn)動傳感器的信息進(jìn)行整合計(jì)算,不斷更新當(dāng)前位置及速度。 通過檢測系統(tǒng)的加速度和角速度,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以檢測位置變化(如向東或向西的運(yùn)動),速度變化(速度大小或方向)和姿態(tài)變化(繞各個軸的旋轉(zhuǎn)),它不需要外部參考點(diǎn)的特點(diǎn)使它自然地不受外界的干擾或欺騙。

  陀螺儀在慣性參照系中用于測量系統(tǒng)的角速率,通過以慣性參照系中系統(tǒng)初始方位作為初始條件,對角速率進(jìn)行積分,就可以時刻得到系統(tǒng)的當(dāng)前方向。這可以想象成被蒙上眼睛的乘客坐在汽車中,感覺汽車左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、上坡、下坡,僅根據(jù)這些信息他知道了汽車朝哪里開,但不知道汽車是快,是慢或是否汽車滑向路邊。

  加速度計(jì)在慣性參照系中用于測量系統(tǒng)的線加速度,但只能測量相對于系統(tǒng)運(yùn)動方向的加速度(由于加速度計(jì)與系統(tǒng)固定并隨系統(tǒng)轉(zhuǎn)動,不知道自身的方向)。這可以想象成一個被蒙上眼睛的乘客在汽車加速時向后擠壓座位,汽車剎車時身體前傾,汽車加速上坡時下壓座位,汽車越過山頂下坡時從座位上彈起,僅根據(jù)這些信息,乘客知道汽車相對自身怎樣加速,即向前、向后、向上、向下、向左 或向右,但不知道相對地面的方向。

  通過跟蹤系統(tǒng)當(dāng)前角速率及相對于運(yùn)動系統(tǒng)測量到的當(dāng)前線加速度,就可以確定參照系中系統(tǒng)當(dāng)前線加速度。以起始速度作為初始條件,應(yīng)用正確的運(yùn)動學(xué)方程,對慣性加速度進(jìn)行積分就可得到系統(tǒng)慣性速率,然后以起始位置座作初始條件再次積分就可得到慣性位置。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳感器的小誤差會隨時間累積成大誤差,其誤差大體上與時間成正比,因此需要不斷進(jìn)行修正?,F(xiàn)代慣性導(dǎo)航系統(tǒng)使用各種信號(例如全球定位系統(tǒng)及磁羅盤等)對其進(jìn)行修正,采取控制論原理對不同信號進(jìn)行權(quán)級過濾,保證慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度及可靠性。

  對各個定位技術(shù)的優(yōu)劣做個統(tǒng)計(jì)表:

淺談室內(nèi)定位技術(shù)