无线室内定位技术分析

WLAN室内定位技术分析

目录

无线定位技术概览工程部署考虑

项目实施流程介绍iMC WSM定位介绍

GPS 定位

定位过程：由(d1,d2,d3,d4)和(p1,p2,p3,p4)参数，推导坐标（经度，纬度，海拔）。

其中(p1…p4)位置信息由GPS系统（主站、监控站等）提供，并向地面广播；

(d1…d4)由天地间的传输时间差*光速得来。

高精度的原子钟（早期的GPS卫星为铯原子钟，最新的Block IIR为铷原子钟）。

差之毫厘失之千里。

进行三维定位至少需要4颗星；站星几何图形；算法；误差修正（多颗星冗余矫正）。

缺点：GPS卫星信号无法穿透建筑物到达室内。

p2

站星几何图形GPS 三维定位d1

d2

d3

d4

p1

p3

p4

GPS定位示意图

角度定位法小区定位法

三角定位法双曲线定位法

z SV 星历数据

z多普勒频偏数据

z视野星座，等

DGPS提升精度

A-GPS工作原理示意图针对GPS的首次定位时间（TTFF）较长的问题，A-GPS通过移动网络的支持可以获得更快的TTFF，且接收灵敏度、定位精度都有提升

网络侧的GPS观测设备，测量服务区域内的星历数据等，并供定位服务器使用。

用户首先向移动网络请求定位服务，然后定位服务器再返回当前空域的GPS卫星数据，用

户GPS接收机借助这些数据，快速获取当前位置到卫星的伪距。

接收机伪距等信息，再次上传到定位服务器根据区域内的差分GPS接收数据，修正位置信息并返回给用户或第三方应用呈现。

实际应用方面，有开放移动联盟OMA的SPUL规范，其定义了接入层、核心网等各种网络接口的实现。中国移动的A-GPS方案就是基于SPUL实现。

Wi-Fi 定位1

A

B C

r a r b

r

c r a'

r b'

r c'理论定位

实际定位该方法的特点是利用信号强度的距离传输衰减模型，计算出当前位置离信号源的距离，然后再使用三角数学公式（即∆

x 2+ ∆y 2

= r 2

）推算。

同所有的三角定位系统类似，这种方法需要事先知道信号源的坐标，如图中的A/B/C 的坐标。优点是实现简单，缺点是实际环境中存在很大问题，不太实用。这主要是因为，实际环境中的介质衰减情况复杂，导致无法（或者很难）区分有效信号，从而距离估算偏差大。另外，基于信号强度的定位系统都存在的问题：信号波动。如图所示，导致定位的结果在一定范围内抖动。

P R = P 0-10γlog(d)

γ介质系数

Wi-Fi 定位2

基于信号强度的指纹定位系统工作原理示意图

b1b2

b3b4

b5

bm

Location Databse

Wi-Fi 定位3

基于Wi-Fi信号强度的指纹定位系统最早见于微软研究院的RADAR系统（V.Bahl，2000年）。其后随着Wi-Fi技术的流行，越来越多的系统基于指纹路线发展。

指纹定位系统的实现由两个阶段组成，即前期采样和后期定位阶段。该方法背后的思想是：

场景中各个点位的Wi-Fi信号分布是有固定特征的（就像人的指纹），且不随时间变化的。

因此，如果通过事先采样的方式，把各个位置上的信号特征记录下来，实际定位时只需要用“查表”的方式即可推算出位置信息。

指纹方式的最大优点是：采样数据反映了真实场景的情况（如不同厚度的墙体，材料等）。

相对于传播模型方式，不需要知道具体的介质衰减系数（实际场景很难实现），因而具有

了更高的定位准确度。

指纹方式的主要劣势是：事先必须进行采样，对于面积较大的场景，将会耗费较多的人力和

时间；且当AP部署有变化（如新增、故障等）、或场景的环境有变化（如商场内店铺的分拆）等，理论上都会破坏指纹特征，需要重新进行采样。

另外，同距离传播模型一样，指纹方式也依赖信号强度，而Wi-Fi信号在室内环境由于多径效应、人员或车辆的干扰，其信号是时变的。因此，作为实用的系统，必须通过技术手段尽量

降低这些因素的危害程度。如，采用基于统计的概率分布、方差系数、平滑参数等，这些都

是各个厂家核心细节。

&

Crowdsoucing 定位技术

传统的基于指纹的定位系统需要耗费大量的人力进行采样工作，早期的Google 、Apple 的产品中就采用了War-driving （开着车沿街扫描Wi-Fi 信号）方式，比如苹果IOS 4.0前采用了Skyhook wireless 的产品即基于此。

随着智能手机、平板等产品的普及，业界提出了基于用户终端的所谓Crowdsoucing 技术方向。其背后的主要思想是：利用庞大的、分布各地的终端收集附近的Wi-Fi 、Cell 等信息（如MAC 地址、信号强度、cell id 等），并发送到后台服务器记录到数据库中。通过结合其他信息（如Cell 的位置、GPS 坐标），逐步细化采样信号的位置信息。一段时间后，数据经过优化，形成包含有位置、强度的数据库，用于后续用户的定位。

意味着像Iphone 手机即使断开GPS 、移动网络，只要打开Wi-Fi 开关就可能被定位出来。

根据苹果官方网站的声明，为了减轻人们对隐私的焦虑，声称该技术是为了加快用户首次地图类应用的等待时间，且上报信息是以匿名、加密方式进行。不过苹果不支持关闭该功能。

Google 的实现应该基本同苹果，不过为了回应人们对隐私的关注，其提供关闭（opt out ）该特性的方法，不过默认设置是打开的，非专业用户一般不知晓。