室内定位在一些特定场合的有用性和必要 性现已日趋显着，其运用远景宽广，研讨含义十分大，现在也是一个十分抢手的议题。本文论述几种常用的室内定位技能手段，并详细论述这些技能的典型实例，比照其精度及优缺点。在比较中作者以为根据RFID的室内定位体系性价比比较高，对其进行详细介绍。ZigBee则是一种根据RFID的能很好地处理室内定位的计划技能手段。
1 导言
跟着年代飞速变迁，科学技能迅猛发展，信息服务质量功率进步，受搅扰度小，在人们的日子作业及科学研讨中起到了十分重要的作用。室内定位技能十分有用，具有较大的拓宽空间，其运用规模广泛，在杂乱环境下，如图书馆，体育馆，地下车库，货品库房等都能够完成对人员以及物品的快速定位。
室内定位体系有最根本的5种算法：
（1） 来源蜂窝小区技能；
（2）时刻抵达法（TOA）；
（3）时刻抵达差法（TDOA）；
（4）信号强度法（RSSI）；
（5）抵达视点差法（AOA）。
常用的室内定位技能首要包含以下几种：
（1） 根据超声波定位技能；
（2） 根据红外线的定位技能；
（3） 根据超宽带的定位技能；
（4）射频辨认定位技能（WLAN、ZigBee）等。
2 几种室内定位技能的比较
2.1 超声波技能
超声波定位现在大多数选用反射式测距法。体系由一个主测距器和若干个电子标签组成，主测距器可放置于移动机器人本体上，各个电子标签放置于室内空间的固定方位。定位进程如下：先由上位机发送同频率的信号给各个电子标签，电子标签接纳到后又反射传输给主测距器，然后能够确认各个电子标签到主测距器之间的间隔，并得到定位坐标。
现在，比较盛行的根据超声波室内定位的技能还有下面两种：一种为将超声波与射频技能结合进行定位。由于射频信号传输速率挨近光速，远高于射频速率，那么能够运用射频信号先激活电子标签然后使其接纳超声波信号，运用时刻差的办法测距。这种技能成本低，功耗小，精度高。另一种为多超声波定位技能。该技能选用大局定位，可在移动机器人身上4个朝向装置4个超声波传感器，将待定位空间分区，由超声波传感器测距构成坐标，整体掌握数据，抗搅扰性强，精度高，并且能够处理机器人走失问题。
定位精度：超声波定位精度可达厘米级，精度比较高。缺点：超声波在传输进程中衰减显着然后影响其定位有用规模。
2.2 红外线技能
红外线是一种波长间于无线电波和可见光波之间的电磁波。典型的红外线室内定位体系Active badges使待测物体附上一个电子标识，该标识经过红外发射机向室内固定放置的红外接纳机周期发送该待测物仅有ID，接纳机再经过有线网络将数据传输给数据库。这个定位技能功耗较大且常常会遭到室内墙体或物体的隔绝，有用性较低。
假如将红外线与超声波技能相结合也可便利地完成定位功用。用红外线触发定位信号使参阅点的超声波发射器向待测点发射超声波，运用TOA根本算法，经过计时器测距定位。一方面降低了功耗，另一方面避免了超声波反射式定位技能传输间隔短的缺点。使得红外技能与超声波技能优势互补。
定位精度：5~10m。缺点：红外线在传输进程中易于受物体或墙体隔绝且传输间隔较短，定位体系杂乱度较高，有用性和有用性较其它技能仍有间隔。
2.3 超宽带技能
超宽带技能是近年来新式的一项无线技能，现在，包含美国，日本，加拿大等在内的国家都在研讨这项技能，在无线室内定位范畴具有杰出的远景。UWB技能是一种传输速率高（最高可达1000Mbps以上），发射功率较低，穿透才能较强并且是根据极窄脉冲的无线技能，无载波。正是这些长处，使它在室内定位范畴得到了较为准确的成果。
超宽带室内定位技能常选用TDOA演示测距定位算法，便是经过信号抵达的时刻差，经过双曲线穿插来定位的超宽带体系包含产生、发射、接纳、处理极窄脉冲信号的无线电体系。而超宽带室内定位体系（如图1所示）则包含UWB接纳器、UWB参阅标签和自动UWB标签。定位进程中由UWB接纳器接纳标签发射的UWB信号，经过过滤电磁波传输进程中搀杂的各种噪声搅扰，得到含有用信息的信号，再经过中央处理单元进行测距定位核算剖析。
图1 UWB室内定位结构图
根据超宽带技能的室内定位体系典型实例为：Ubisense，其定位办法为三边定位，定位精度为：6~10cm，缺点：造价较高。
2.4 射频辨认技能
射频定位技能完成起来十分便利， 并且体系受环境的搅扰较小，电子标签信息能够修改改写比较灵敏。下面详细介绍该技能的相关运用。
3 根据射频辨认（RFID）的室内定位技能
3.1 RFID技能原理
射频辨认（RFID）技能是一种控制简易，适用于自动控制范畴的技能，它运用了电感和电磁耦合或雷达反射的传输特性，完成对被辨认物体的自动辨认。射频（RF）是具有必定波长的电磁波，它的频率描绘为：kHz、MHz、GHz，规模从低频到微波纷歧。
3.2 RFID室内定位体系的根本结构
该体系一般由电子标签、射频读写器、中间件以及核算机数据库组成，结构如图2所示。射频标签和读写器是经过由天线架起的空间电磁波的传输通道进行数据交换的。在定位体系运用中，将射频读写器放置在待测移动物体上，射频电子标签嵌入到操作环境中。电子标签上存储有方位辨认的信息，读写器则经过有线或无线方式连接到信息数据库。
图2 RFID室内定位体系结构
3.3 RFID室内定位技能典型体系LANDMARK
LANDMARK体系是运用RFID的典型的室内定位体系。该体系经过参阅标签和待定标签的信号强度RSSI的剖析核算，运用“最近街坊”算法和经历公式核算出带定位标签的坐标。
LANDMARK体系定位精度：均匀1m。
缺点：LANDMARK体系有几方面缺点，首要，体系定位精度由参阅标签的方位决议，参阅标签的方位会影响定位；第二，体系为了进步定位精度需求添加参阅标签的密度，但是密度较高会产生较大的搅扰，影响信号强度；第三，由于要经过公式核算欧几里德公式得到参阅标签和待定标签的间隔，所以核算量较大。
3.4 不同频段RFID技能适用性
RFID常用频段包含：低频、高频、超高频、微波。针对室内定位体系，将不同频段的射频信号进行比照，成果如表1所示。
表1 不同RFID频段射频信号特性比照
关于上述比较，本文提出以2.45GHz的微波信号建立无线定位网络比较可行有用。2.45GHz日益遭到重视和运用，其全球通用性越来越高，频宽优于其它频段，传输速率加速，并且2.45GHz天线和产品的体积越来越小，带着和运用愈加便利。
3.5 两种根据2.45GHz频段RFID无线室内定位体系
3.5.1 无线局域网技能（Wi-Fi/IEEE 802.11b）
根据IEEE802.11b规范的无线以太网现已成功进入人类社会日子中，不管学校，作业场合或是公共场所等都广泛运用了该技能。运用中只需用手机，笔记本电脑或者是PDA等就能够轻松获取无线信号。无线局域网技能也可轻松运用到室内定位体系中。在无线局域网中的AP接入点或是无线网卡都能够便利测得无线信号的强度，运用这一点能够经过匹配信号强度的办法进行定位。方位指纹法是一种常用的无线局域网室内定位技能，典型的体系是RADAR原型体系，由微软研制。
根据RSSI技能的RADAR室内定位体系运转分两个进程，分别是先在体系掩盖区域对设置的若干个AP固定点离线收集其方位信息以及信号强度，经过有线网络传输给数据中心构成方位指纹数据库，再对实时待测物所测算得到信号强度运用最近街坊法剖析匹配出其方位。
精度：2~3m。缺点：收集数据作业量大，并且为了到达较高的精度，固定点AP的方位测算设置比较繁琐。
3.5.2 ZigBee/IEEE 802.15.4
ZigBee技能运用于较短间隔无线通讯，首要面向无线个人区域网（PAN），网络体系在运用中表现出近间隔，低功耗，低成本等特征，这些都能够满足室内定位体系是经过在传感器网络中安置参阅节点，移动节点构成体系的，参阅节点为静态节点，它们发送方位信息和RSSI值给移动待测节点，该节点将数据写入定位模块，剖析核算得到本身方位。该体系常选用分布式节点设置，能够削减网络数据作业量和通讯推迟的问题。
精度：2m以内，均匀1m。缺点：网络稳定性还有待进步，易受环境搅扰。
4 结束语
本文比较了各种典型体系，红外及超声波技能在运用中简略遭到环境隔绝和搅扰，易产生能量损耗，而超宽带技能花费相对较高。上述几种定位技能的定位精度都还比较满足，从整体上来说，射频辨认技能用在室内定位体系中较为适宜，完成起来比较便利，定位精度让人满足，且造价较低，在研讨典型体系LANDMARK体系的基础上，往后可针对其缺点进行改善，运用2.45GHz建立无线网络完成定位，尽量进步定位功率和精度。其间，当属ZigBee技能特别合适研讨室内定位体系，其结构简略，安置简洁，功能优秀，并且体系功耗十分小，定位作用也能够便利地到达运用需求，关于ZigBee的室内定位体系的规划改善还有待于研讨开发，它将是研讨RFID技能的杰出事例和运用。
