智慧图室内定位技术解密

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1、智慧图室内定位技术解密北京智慧图科技有限责任公司2014.3本文档分为“室内定位技术原理”、“室内定位现状”、“智慧图室内定位方案与特色”三部分一、室内定位技术原理现有室内定位系统种类众多,从定位原理划分主要有基于识别码（ID，IDentity）的定位技术、几何解算定位技术与指纹定位技术三大类。1、识别码定位技术基于ID的定位技术通过终端所接入的定位节点的ID，查询该ID对应的节点位置，以终端接入的定位节点位置作为终端位置，定位节点可为基站、RFID读卡器、Wi-Fi无线接入点（AP,AccessPoint）等等。该系统

2、定位精度取决于定位节点的布设密度，目前，该技术在移动通信基站定位系统与RFID定位系统上应用较多，定位成本低，但精度差。图1基于识别码的定位原理示意图识别码定位技术的典型应用如表1:表1：小区识别码定位技术案例网络基础应用案例移动通信网百度地图中在GPS不能定位的环境下，会出现一个半径数百米的大圈，即基站的Cell-ID定位。Wi-Fi智慧图、摩托与Aruba在高成本案例中，为了定位进店，在一个店内安装一个AP，进行ID定位。RIFD刷卡式定位，一个读卡器可标识一段区间。2、几何定位技术几何解算定位技术通过测量终端与已知

3、坐标的定位节点间的几何关系，进行定位，包括基于距离的定位技术、基于距离差的定位技术、基于信号达到角的定位技术三类。Ø基于距离的定位技术基于距离的定位技术等效于多个圆的交点，如图2所示。终端到定位节点的距离可通过信号到达时间（TOA,TimeOfArrive）或接收信号强度（RSS,ReceivedSignalStrength）计算得到。图2基于距离的定位原理基于距离的定位技术位置解算方程组如式（1）：（1）式中为第i个定位节点到终端的距离，为第i个定位节点的坐标。Ø基于距离差的定位技术由于很多情况下，终端与定位节点间并不

4、进行时间同步，因此TOA存在系统同步偏差，基于距离差的定位技术采用终端到多个定位节点间的距离差，结合已知的节点位置解算终端位置，终端到多个定位节点间的距离差通常采用信号到达时间差（TDOA,TimeDifferenceofArrival）计算得到，几何原理等效于多组求双曲线的交点，如图2所示：图3基于距离差的定位原理TDOA定位技术位置解算方程组如式（2）：（2）式中为第i个定位节点到终端的距离，为第i个定位节点的坐标，为终端与定位节点的同步误差，c为光速。Ø基于角度的定位技术基于到达角（AOA，ArrivalOfAng

5、le）的定位技术利用接收到的多个信号来向进行定位，要求终端或定位节点具备信号到达角度的检测能力。该技术在两个或两个以上的位置点设置方向性天线或阵列天线，获取终端发射的无线电波信号角度信息，然后通过交汇法估计终端的位置，实现定位，如图4所示。图4、AOA定位原理AOA定位技术解算方程如式（3）：（3）式中为第i个定位节点的坐标，为第i个定位节点与终端间的信号达到角度。AOA定位技术不需要定位节点间的时间同步，但对定位节点或终端的天线角度扫描精度要求很高，且在定位中，如电波折射导致入射角改变，将导致较大误差，目前该技术并不普

6、及，只在少数场合用到。Ø几何定位技术小节目前，几何解算定位技术主要应用于基站、UWB、蓝牙、伪卫星、激光及声源等室内定位系统中。几何解算定位技术成本低，易于实施，但在信号非视距传播时，产生较大误差。对于蓝牙等定位节点密度较高的定位系统，终端可与多个定位节点视距可见，此时可获得高定位精度。典型几何定位技术应用如表2：表2：几何定位技术案例定位方式网络基础应用案例基于距离的定位技术移动通信网CDMA2000系统的RTD（ReturnTimeDelay）定位蓝牙智慧图iBeacon定位UWB（超宽带）Sapphire定位系统以

7、及Unbise定位系统基于距离差的定位技术移动通信网lWCDMA中的TDOA定位技术；lGSM中的E-OTD(Enhanced-ObservedTimeDifference)定位技术。伪卫星澳大利亚Locata定位系统基于角度的定位技术具有智能天线的网络设备（一般不单独使用，只作为辅助手段）l基于TD-SCDMA智能天线的AOA定位；lRucks具有智能天线的无线AP利用天线方向作为Wi-Fi定位的辅助手段。3、指纹定位技术指纹定位技术由离线与在线两个阶段构成。离线阶段即指纹库采集阶段，首先进行定位区域的网格划分，然后采

8、集不同网格的信号特征值，将采集得到的信息建立定位指纹库，特征值可为TOA、TDOA、RSS或AOA等信息。在线阶段即指纹定位阶段，测量信号特征值，将测量的信号特征值与指纹库中的预存信息进行指纹匹配，根据匹配算法得出终端坐标位置。常用的指纹定位算法有K最邻近结点（KNN，k-NearestNeighboralgorit