无线定位技术综述

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，尤其在复杂的城市环境，如密集的小区、大楼的内部、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、定位精度以及复杂环境等条件的限制，依靠卫星定位的卫星定位系统无法很好地利用。

因此，随着无线通信技术的发展，专家学者提出了许多以电磁波这类无线信号为基础的定位技术解决方案，例如WiFi、ZigBee、蓝牙和超宽带等，这些技术在拥挤的城市街道、办公室、家庭、工厂等复杂的环境下得到了广泛应用。

本篇文章将介绍以下几种无线定位技术，并重点讲解应用较为广泛的几种技术的技术原理、应用以及其未来：

•红外线定位技术

•超声波定位技术

•蓝牙定位技术

•超宽带定位技术

•WIFI网络定位

•GSM/CDMA移动通信定位技术

•射频标签RFID定位技术*

•ZigBee技术*

红外线定位技术

红外线室内定位技术定位的原理是，红外线IR标识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。虽然红外线具有相对较高的室内定位精度，但是由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播。直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差。当标识放在口袋里或者有墙壁及其他遮挡时就不能正常工作，需要在每个房间、走廊安装接收天线，造价较高。因此，红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。

超声波定位技术

超声波测距主要采用反射式测距法，通过三角定位等算法确定物体的位置，即发射超声波并接收由被测物产生的回波，根据回波与发射波的时间差计算出待测距离，有的则采用单向测距法。超声波定位系统可由若干个应答器和一个主测距器组成，主测距器放置在被测物体上，在微机指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号，应答器在收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号，得到主测距器与各个应答器之间的距离。当同时有3个或3个以上不在同一直线上的应答器做出回应时，可以根据相关计算确定出被测物体所在的二维坐标系下的位置。

超声波定位整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成本太高。

蓝牙定位

蓝牙定位技术通过测量信号强度进行定位。这是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(piconet)的主设备，就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库。

蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC以及手机中，因此很容易推广普及。理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。

超宽带技术

超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。超宽带可用于室内精确定位，例如战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。

超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度（能够达到厘米级）。

WIFI网络定位

芬兰的Ekahau公司开发了能够利用Wi-Fi进行室内定位的软件。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。

GSM/GPRS/CDMA移动通讯技术定位

GPS功能强大，但是需要专门的客户端设备才能使用，这不利于其在广泛人群中的普及。但是，在应急服务等领域，用户往往迫切需要了解自己的地理位置。因此，一些国家开始考虑使用手机这一普及率很高的终端设备提供定位信息。美国通信委员会在1996年通过了增强911法案（在1999年再次修订），这个法案要求手机运营商必须知道每一部手机的地理位置（误差在50至100米误差之内）。任何一部手机拨打美国紧急服务电话911，政府就要知道其位置，即使用户自身不知道身在哪里。这一法案，迫使电信运营商开始发展手机定位系统。

在移动通信网络中，最早期是基于基站代码的定位技术，它由网络侧获取用户当前所在的基站信息以获取用户当前位置，其精度取决于移动基站的分布及覆盖范围的大小，市区内可能达到几公里，而郊区误差则可能十几公里。为了提高定位的精度，运营商开始考虑三角运算定位，这是蜂窝电话网络自身定位技术的一种，它是利用手机接收到不同基站发出信号到达该手机的时间差，通过算法软件计算出该用户所在经纬度。

时至今日，最先进的手机定位技术是高通公司的GPSone技术，它是利用全球定位系统和手机定位系统的混合定位技术——在全球定位系统卫星视线被全部/部分阻挡的情况下采用CDMA三角定位技术进行辅助定位，使两种定位技术在不同的定位环境中的优劣势得到互补。这种技术将在混合定位系统中详细讲解。

3.7 射频标签RFID定位技术

除了手机定位技术，射频标签（RFID）定位技术也是普通民众可以关注的领域,它可以由用户自己布置在特定区域进行定位，例如停车场、滑雪场。在这些区域的特定地点（例如关键出入口）安放射频标签读写器之后，系统可以实时检测到带有RFID装置的物体处于什么位置，其原理类似于在关键位置安排众多看守人员对过往物品进行登记，需要寻找特定物体的时候只要查询一下看守人员的登记信息就可以了。

射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。这种技术作用距离短，一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围很大，成本较低。同时由于其非接触和非视距等优点，可望成为优选的室内定位技术。目前，射频识别研究的热点和难点在于理论传播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化等问题。优点是标识的体积比较小，造价比较低，但是作用距离近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系统之中。

从医疗部门到制造业，在实时数据重要的地方以及运输中需要定位的地方，都已经出现了RFID定位系统的身影。例如英国一些医院应用RFID定位系统对医疗器械、医疗保健设备进行定位和追踪，减少医疗器械设备失窃等事件的发生；丰田汽车在汽车物流供应链建立RFID定位系统，该系统降低了人工成本，使工作流程自动化，而且系统会告诉员工应该去哪里取汽车；美国科罗拉多州一个滑雪场则是世界上第一个为游客配备定位装置的滑雪场，游客在这个滑雪场带上内置RFID的表带之后会被遍布滑雪场的读写器探测到，利用这套系统游客可以知道其伙伴在滑雪场的位置。

RFID定位系统不需要卫星或者手机网络的配合，其精确度在于RFID读写器的分布，而读写器的分布可以由用户自身根据实际需要进行设置，很适合只需要