高精度室内定位技术-uwb

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1、高精度室内定位技术-UWB先来了解一下定位是怎么工作的。定位的核心技术其实是测距。给定空间中已知三点的具体坐标，和一个未知点到三点的距离，即可算出未知点的坐标。这通常叫做 三边测量定位算法。三边测量定位的几何理解非常简单。以三个已知点和距离作三个圆，他们交于同一个点，这个点的坐标就是测量点的坐标。然而这是一个理想情况，实际由于测量精度的限制，实际上他们通常交不到一个点上 ，交出来的是一块有面积的东西。这块面积的大小就是定位精度。当然我们可以通过 更多组的测量 使得相交的面积进一步减小以提高精度。在这样简单易行的算法的支持下，我们就

2、将定位问题 转化为了测直线距离问题，如何精确计算一个已知点到未知点的距离。GPS的解决方案非常简单粗暴。GPS的本质是一个 授时系统，也就是告诉你卫星发出这个信号的时候是几点几分几秒几毫秒几微秒。而从GPS到地面有一定距离，无线电波在空气中以光速传播，等传到终端上是已经过去了几微秒，所以我们只要乘上光速就能知道终端到这颗星的距离了。一个要克服的问题是终端的时间并不一定很精确，但如果我们可以通过几颗星之间 两两差值 来算出本地应该有的时间。通过十几颗星一起授时进行修正，最后能很好将精度控制住。提高精度的方法也很粗暴，提高授时精度即可

3、。这样的模型放在室内定位的时候会遇到什么问题呢？1、距离太短，时间难测。由于室内定位距离太短，要知道光速是299,792,458m/s，跑几米的时间太短了，根本测不精准。所以如果想继续通过授时的方法解决问题，无线电波通常是不靠谱的。当然也不是没有解决方案，比如速度慢得多的声波，一个解决方案就是超声波定位，这个可以是主动等回波来测量，或者被动授时测量，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，设计起来非常捉急。2、信号遮挡，波长难选。同样无论用超声还是无线电都会遇到这个问题。波长长了，能绕过障碍物，但接收很困难，毕竟手机上不能捆个大锅

4、盖（绕过障碍物=绕过终端设备）。波长短了，信号很容易被遮挡，导致收不到信号。现在的室内定位设备都是怎么工作的呢？折中选择一个频率，使得不太容易被遮挡也比较好接收，这种选择的话 2.4GHz或者5GHz的Wi-Fi或者蓝牙信号就是可选的。这个频率在一个合法的发射功率下距离不太大。这有一个好处：信号衰减很有规律，通过测量信号强度通常就可以估计出离发射源的距离了。更重要的是Wi-Fi和蓝牙都是手机上已经集成好的模块，可以降低硬件部署成本。现在常见的Wi-Fi室内定位和iBeacons也是基于类似的原理。而基于ZigBee协议的定位选择了

5、距离更短功耗更低的基站来获得更精确的定位，其本质是类似的。这样的方法目前已经可以获得室内几米的定位精度，也就是说可用的地步了。那么现在还有什么问题要克服呢？1、多径效应与测量精度还是这个问题，信号可能在室内多次反射，这样得到的信号其实是不能正确测距的。相比GPS几乎和地面没有遮挡物的条件，室内房屋结构复杂，移动的人、物品的摆放、墙壁、门都可能成为严重影响距离测量的因素。当然如果像ZigBee这样距离非常短的传输协议，其实受这种影响相对就会小一点，能提高精度。现在像Google试图从算法上提高精度并取得了一定成果，所以这个问题并不太

6、大。2、发射距离与部署成本。Wi-Fi和蓝牙发射距离很短意味着要 大量部署设备，要完成一个商场室内定位设备的部署其成本其实相当高。如果当前应用的场景还不是很丰富的情况下，商家很少会主动部署这样的设备。虽然同样是Wi-Fi，不能再是单纯覆盖即可的思路，而是要每个点至少要能搜到四五个Wi-Fi信号，成本相当高。ZigBee的话由于其传输距离短，部署的成本会更高。室内定位现状：当前市场对定位的需求越来越多，所以衍生出各种各样的定位技术，根据不同定位信号不同用途分成不同的定位系统。如利用卫星无线RF信号的GPS、利用红外和激光的光学定位、

7、利用超声和声纳的声音定位、利用图像处理和计算机视觉的视觉定位、利用陀螺原理的相对定位等等。其中，GPS是目前应用最成功的定位技术，不过它也有一个很明显的缺陷，就是在室内不能定位，而且一般民用的精度也不够高（10m左右），相对于室内定位的要求（1m左右或更低）还有一段距离。目前室内无线定位技术的研究相对集中在基于RF信号，并结合各种无线网络技术如ZigBee，超宽带(Ultra-WideBand，UWB)，Wi-Fi，蓝牙，射频识别(Radio-frequencyIdentification，RFID)等定位技术的研究。超宽带技术（

8、UWB）超宽带技术是与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术。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3.1~10.6GHz量级的带宽。目前，包括美国，日本，加拿大等在内的国家都在研究这