室内定位技术与应用

室内定位技术及应用

一、定位技术和应用分类

1.定位技术

如下图所示，目前在用的定位技术主要分为三种：

1）基于卫星网络的定位

包括GPS、伽利略、GLONASS和我国的北斗定位。

2）射频网络定位

包括运行商基站位置定位、蓝牙定位、红外定位、WIFI热点定位等。

3）基于传感器网络的定位

包括基于惯性传感器的定位、利用磁场定位、LIFI可见光通信定位、激光定位等

2.定位技术的应用

分两类：

1）室外应用

主要是用于导航、智慧物流等室外作业，活动范围广泛，便于接收卫星信号的领域。

2）室内应用

位置服务的相关技术和产业正从室外向室内发展，以提供无所不在的基于位置的服务。

包括作为室外定位技术的位置信息补盲（例如人员进入室内后的轨迹定位）、室内作业人员（甚至机器人、无人导引车等）位置跟踪与导向、室内关键物品固定位置的监控、轨道列车的导航和定位（包括信息服务等）。

二、室外定位

目前应用于室外定位的主流技术主要有卫星定位和基站定位两种。

1.卫星定位

卫星定位即是通过接收卫星提供的经纬度坐标信号来进行定位，卫星定位系统主要有：美国全球定位系(GPS)、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)、欧洲伽利略(GALILEO)系统、中国北斗卫星导航系统，其中GPS系统是现阶段应用最为广泛、技术最为成熟的卫星定位技术。

GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分、用户设备部分。

空间部分是由24 颗工作卫星组成，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗），卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象；

控制部分主要由监测站、主控站、备用主控站、信息注入站构成，主要负责GPS卫星阵的管理控制；

用户设备部分主要是GPS接收机，主要功能是接收GPS卫星发射的信号，获得定位信息和观测量，经数据处理实现定位。

GPS的定位通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收器的位置。卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距）。

当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外,还要引进一个变量t 即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。如下图所示：

2.基站定位

基站定位一般应用于手机用户，手机基站定位服务又叫做移动位置服务（LBS，Location Based Service），通过电信移动运营商的网络获取移动终端用户的位置信息。

手机等移动设备在开机以后，会主动搜索周围的基站信息，与基站建立联系，而且在可以搜索到信号的区域，手机能搜索到的基站不止一个，只不过远近程度不同，再进行通信时会选取距离最近、信号最强的基站作为通信基站。其余的基站并不是没有用处了，当你的位置发生移动时，不同基站的信号强度会发生变化，如果基站A的信号不如基站B了，手机为了防止突然间中断链接，会先和基站B进行通信，协调好通信方式之后就会从A切换到B。

基站定位的原理也很简单：手机测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行导频的TOA （Time of Arrival，到达时刻）或TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)，根据该测量结果并结合基站的坐标，一般采用三角公式估计算法，就能够计算出移动电话的位置。

基站“三点定位”原理

由于基站定位时，信号很容易受到干扰，所以决定了它定位的不准确性，精度大约在

150米左右，基本无法开车导航。定位条件是必须在有基站信号的位置，手机处于sim卡注册状态（飞行模式下开WiFi和拔出sim卡都不行），而且必须收到3个基站的信号。但是，定位速度超快，一旦有信号就可以定位，目前主要用途是没有GPS且没有WiFi的情况下快速大体了解下你的位置。

定位技术GPS定位LBS定位

原理卫星定位基站定位

精度精度高（5-10m）精度较低（市区20-200m；

郊区1000-2000m）耗电量很大，需要手机为GPS模

块提供高压供电

基站采集数据即可，不消耗

手机电量

优点室外定位精度高；覆盖广定位速度超快；不受天

气、高楼、位置等等的影响；功

耗低

缺点 1.GPS系统的天线必须在

室外并且能看到大面积天空，否

则无法定位，受天气和位置影响

很大； 2.比较耗电； 3.成本较

高

1.定位条件是必须在有基

站信号的位置，手机处于sim卡

注册状态），且必须收到3个基

站的信号； 2.定位精度低

三、室内定位

近年来，位置服务的相关技术和产业正从室外向室内发展，以提供无所不在的基于位置的服务，其主要推动力是室内位置服务所能带来的巨大的应用和商业潜能。许多公司包括OS提供商、服务提供商，设备和芯片提供商都在竞争这个市场。

1.室内定位技术的需求

室内定位的需求越来越广泛，包括消防、学校、商场、医院、停车场、轨道列车、物流仓储、地下作业等场合，尤其是涉及到公共安全、地铁、矿洞作业等领域，室内定位技术的需求更为迫切。