室内定位

标签发射UWB脉冲信号，天线阵列根据信号到达的时间差和 UWB超宽带技术是一种不用载波，而利用纳秒至皮秒级的非正弦波窄脉冲传输数据 到达角度计算出标签的精确位置。传感器按照蜂窝单元组织 的无线通信技术。与Bluetooth和WLAN等带宽相对较窄的传统无线 通 信 技 术 不 形式布置。每个定位单元中，主传感器配合其他传感器工标 同 ， UWB在 超 宽 频 带 上 发 送 一 系 列 非常窄的低功率脉冲，数据速率可达数 签进行通信。传感器通过以太网或无线局域网将标签位置发 十到数百Mbps。 送到定位引擎。定位引擎对数据进行整合，在定位软件平台 U采 用 T D O A 和 A O A 混 合 定 位方法进行高精度定位。一个UWB室内定位系统 上实现可视化处理。 包括三个部分：（1）活动标签：该标签由电池供电工作，且带有数据存储器，能够 每个传感器独立测定UWB信号到达方向角AOA；而到达时间 发射带识别码的UWB信号进行定位；（2）传感器：作为位置固定的信标节点接收 差TDOA则由一对传感器测定。目前，单个传感器就能较为准 并计算从标签发射出来的信号；（3）软件平台：能够获取、分析所有位置信息并传 确地测得标签位置，两个传感器能 够 测 出 精 准 的 3 D 位 输信息给用户。 置信息。
几种技术
超宽带技术 UWB（Ultra-Wide-Band）
超宽带定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。它利用事先布
置好的已知位置的锚节点和桥节点，与新加入的盲节点进行通讯，并利用三角定位或者 “指纹”定位方式来确定位置。
ZigBee技术
ZigBee室内定位技术通过若干个待定位的盲节点和一个已知位置的参考节点与网关之间 形成组网，每个微小的盲节点之间相互协调通信以实现全部定位。
室内定位
游戏！
捉迷藏 JUST A JOKE….
进入危险区域，及时发现
未升井人员，防范意外发 生，
室内定位（INDOOR LOCATION ）
定义
室内定位，顾名思义，在室内采用RFID、UWB、Wi-Fi 等多种技术，利用指 纹模型、传播模型，解算坐标，获得位置服务的一种定位。
PART TWO
室内定位采用的几种解算坐标方法
室内定位
室内定位（INDOOR LOCATION ）
重要性
？找不到
大型商场内（写字楼、体
育馆、车站），找不到洗 手间，一家小店铺，外卖 送餐员，甚至走失的孩子 INDOOR LOCATION
？怎么做
大型建筑物内部突发紧急
状况（比如火灾），怎么 选择正确合理的路线逃生
？管理
监狱犯罪人员的管理，防 止越狱、电子点名； 矿井人员管理，日常管理、 监控入井人数，防止人员
室内定位（INDOOR LOCATION）
计算模型
传播模型
指纹模型
WIFI技术
依靠分析信号传播过程中的特性来推算传播距离。 常用的特性包括: ＲSSI ，AOA，TOA。由于所有
参数难以在同一模型内考虑，所以精度有限。另
外，ＲSSI 的数值不是常数， 由于很多原因会导 致ＲSSI 值不同。传播模型得益于已知无线电信 号的传播和 AP 接入点的位置。但不能很好地处 理信号的不确定性。
超声波室内定位系统， 由待定位接收机和已知 位置信标节点组成。利
用超声波和射频信号的
TDOA测量两点间距离， 再用三边定位方法计算 节点位置。
室内定位（INDOOR LOCATION）
射频识别技术（Radio Frequency Identification）
射频识别技术
基于RFID的室内定位系 统采用基于信号强度分 析法，检测待定位标签 和读卡器之间的信号强 度，再由已知标签和读 卡器之间的信号强度， 解算待定位标签的位置。
室内定位（INDOOR LOCATION）
原理
到达时间法（TOA）
待定位节点与三个已知信 标节点坐标，及其之间的 距离（绝对时间*速度）， 可求出待定位节点的坐标。
到达时间差法（TDOA）
1.根据节点同时发射两种 不同传播速度的信号到接 收节点，时间差计算出距 离，再利用三圆相交计算
室内定位原理
待定位节点向信标节点发 射信号，通过信标节点测
Time of Arrival
TOA定位方法缺点： 时钟同步误差和测量误差。如果信标节点与待定位节点无法做到精确的时钟同步， 则所测得的信号到达时间会有时间误差，导致R i 存在偏差，使三个圆无法交汇， 或交汇处不是一点而是一片区域，造成定位误差。 时钟同步：把分布在各地的时钟对准（同步起来）
室内定位（INDOOR LOCATION）
常用于室外定位 发展成熟
用于环境复杂的室内 成长阶段
室内定位与（GPS）定位
对比2：两者之间的差异
1
需求不同
GPS定位常用于较为宽广的室外， 人有很多活动都是在室内进行的， 由于卫星信号不受遮挡，定位精 商场购物，车站乘车等等，光靠 度较高，应用较广。最常见应用 指示牌信息获得有用的信息，比 较困难，室内定位更形象地告诉 于：汽车、船只、飞机等的导航 你所在的位置以及周围环境 等等。
信标节点根据各测
得的AOA直线方向 取 其 交点，解出待定 位节点的坐标
室内定位（INDOOR LOCATION）
RSSI（Received Signal Strength Indication）
信号强度法（RSSI，Received Signal Strength Indication）定位原理： 通过检测信号接收端接收功率P t ，通过传播损耗模型，计算节点间的距离d ，根据三边 定位方法，解出信标节点的位置坐标。 室内信号传播具有复杂性，不能用理想传播模型计算出精确的距离。因此，系统设计经常 使用以下简化路径损耗模型：
系统采用已知位置的参考标签作为定位系统的参考点。系统还包 括一个由读卡器和参考标签组成的传感器网络和用于用户设备与 Internet间通信的无线网络。定位的结果通过API在监视界面上显 示。 其 中 ， 读 卡 器 的 工 作 范 围 是 4 0 米 ， 如 果 增 加 天线， 覆盖范围可达300米。当待定位标签处于检测范围内，读卡器读 取待定位标签和参考标签的识别码信息和信号强度信息。通过信 号强度与距离的关系，采用某种算法确 定 待 定 位 标 签 位 置。
室内定位的常用定位技术
红外线室内定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、射频识别技术、超宽带技术、
Wi-Fi技术、ZigBee技术
室内定位（INDOOR LOCATION）
几种技术.
红外线室内定位
第一种是被定位目标使 用红外线IR标识作为移 动点，发射调制的红外 射线，通过安装在室内
超声波定位技术
超声波室内定位系统， 由待定位接收机和已知 位置信标节点组成。利
节点坐标；2.待定位点在 双曲线上. 通过检测信号接收端接收 功率，通过传播损耗模型， 计算节点间的距离，用三 边定位方法，解出坐标。
定信号到达的角度，解算
出待定位节点的坐标。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
到达信号角度（AOA）
到达信号强度（RSSI）
利用信标节点间信号的到达时间、到达时间差、到达信号角度、 和到达信号强度信息确定位置坐标的方法。
室内定位
INDOOR LOCATION
汇报者：陈丽
01
是什么？ 定位算法 定位技术 应用&进展
02
03 04
Indoor Location
PART ONE
室内定位是什么？
将室内定位与传统的GPS定位进行对比，清楚室内定位的必要性.
室内定位与（GPS）定位
对比1：两者之间的关联
社会需求 GPS定位 环境因素 室内定位
P t：为发射信号功率 K ：依赖于天线特性和平均信道损耗的常系数 d 0：天线远场的参考距离 γ：为路径损耗指数
求 解 方 程 组, 得 到 待 定 位 节 点 位置 (x 0,y 0) 。AOA法定位精度 受天线测角精度影响， 增加信标节点布点密度 或使用天线阵列可提高 定位精度。
PART THREE
TDOA测量两点间距离， 再用三边定位方法计算 节点位置。
的光学传感器接收进行
定位； 第二种是通过多对发射 器和接收器织红外线网
度，再由已知标签和读
卡器之间的信号强度， 解算待定位标签的位置。
覆盖待测空间，直接对
运动目标进行定位。
新加入的盲节点进行三
角定位。.
室内定位（INDOOR LOCATION）
蓝牙技术
利用在室内安装的若干 个蓝牙局域网接入点， 把网络维持成基于多用 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，然 后通过测量信号强度对
射频识别技术
基于RFID的室内定位系 统采用基于信号强度分 析法，检测待定位标签 和读卡器之间的信号强
用超声波和射频信号的
标位置。
方式二 O
由待定位节点(x 0,y 0)向两个信标节点(x 1,y 1)、 (x 2,y 2)同时发射信号，由于待定位节点与两个信
标节点之间的距离不同，通过已知信号的传播速
度v 和两个信标节点接收到信号时间差Δt 相乘，
A
可确定待定位节点在以两个信标节点为焦点、距 离差为vΔt的双曲线上。通过测量至少三个信标节 点之间的信号到达时间差，构成一组关于待定位
室内定位（INDOOR LOCATION）
几种技术（UWB（Ultra-Wide-Band） ）
超宽带技术 UWB（Ultra-Wide-Band）
超宽带定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。它利用事先 布置好的已知位置的锚节点和桥节点，与新加入的盲节点进行通讯，并利用三角定位或 者“指纹”定位方式来确定位置。
室内定位（INDOOR LOCATION）
TOA（Time of Arrival）
到达时间法（ TOA，Time of Arrival）定位的原理是：测量待定位节点 (x 0,y 0) 与已知至少3个信标节点(x i ,y i )之间的信号到达时间t i ，再乘以信号速度v ，计 算出待定位节点与各信标节点之间的距离R i ，分别以信标节点(x i ,y i )为圆心， R i 为半径做圆，各圆的交点为待定位节点(x 0,y 0)的坐标。 TOA
Wi-Fi技术
Wi-Fi定位技术有两种，一是通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度，通过差
分算法，对人和车辆的进行三角定位。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度，通
过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库，来确定位置（”指纹”定位)
室内定位（INDOOR LOCATION）
节点坐标的双曲线方程组，求解该双曲线方程组
可得到移动台的估计位置。
室内定位（INDOOR LOCATION）
AOA（Angle of Arrival）
到达角度法定位原理： 待定位节点向信标节点 发射信号，通过信标节 点测定信号到达的角度，
解算出待定位节点的坐
标。在二维空间中，测 得两个信号到达信标节 点的到达角度A O A ， 求 解 方 程 组, 得 到 待 定 位 节 点 位置 (x 0,y 0) 。AOA法定位精度 受天线测角精度影响， 增加信标节点布点密度 或使用天线阵列可提高 定位精度。
TDOA（ Time Difference of Arrival）
方式一 T
发射节点同时发射两种不同传播速度的无线信号， 接收节点根据已知的这两种信号的传播速度以及两 种信号的到达时间差，计算待定位节点和信标节点 之间的距离，通过计算待定位节点和至少3个信标
D
节点之间的距离，用三圆相交法确定待定节点的坐
红外线室内定位技术
红外线室内定位
第一种是被定位目标使 用红外线IR标识作为移 动点，发射调制的红外 射线，通过安装在室内
方式二：
的光学传感器接收进行
定位； 第二种是通过多对发射 器和接收器织红外线网
覆盖待测空间，直接对
运动目标进行定位。
室内定位（INDOOR LOCATION）
超声波定位技术
超声波定位技术
2
环境限制
汽车GPS导航时，行驶于马路中
3
定位技术
GPS定位依靠卫星位置，以及所
央、上方无遮蔽物 人进行定位时，常处于环境较为 复杂的街道上，高楼内等，GPS 卫星信号往往被遮挡，室内定位 由此被重视。
在点与卫星的距离，这两者提供 射频识别技术 （ RFID）、超宽 带技术 (UWB)、 无线局域网技 我们所需要的位置以及导航 术 (WLAN)、 蓝牙技术 (Bluetooth)、 红外技术 (Infrared Technology) 等