超宽带室内定位

1、超宽带(UWB)是射频应用技术领域的一项重大突破。Ubisense 公司利用该技术构建了革命性的实时定位系统(RTLS)，该系统能够在传统的挑战性应用环境中达到较高的唐恩科技垄断吧？应该是UWB技术被一些大公司垄断。唐恩他们自己做，你也可以要求他们辅助你做啊，不过货还是要从他们那儿出，因为全中国就他们在做嘛。中国目前都是停留在理论研究阶段，没有实物出来呢，我们的国家，唉，叫咱们怎么爱国货呢！亚米级应用，我们以前部队的项目上用过GPS东西，但是除了DGPS真没有其他办法，要资料给你发一些吧，差分GPS定位终端就是块头太大，价格贼贵了些，我以前用的是咱上海一家公司的方案,一个终端10000多个大洋

2、。2004 年中国国际通信展上， UWB(Ultra Wide band) 技术也被称之为 “ 超宽带 ” 成为展会的一大亮点。 UWB 是利用脉冲信号进行高速无线数据传输的短程通信技术。 2002 年 2 月，美国 FCC 正式批准 UWB 商用，这项技术的市场前景开始受到世人的瞩目。 超宽带体现卓越性能 根据美国联邦通信委员会 FCC 的定义，凡是所用带宽与中心工作频率之比大于的 25% 或者是绝对带宽大于 1.5G 赫兹的信号，就被称之为 “ 超宽带 ”(Ultra Wide band) 。例如一个系统中心频率为 4GHz ，可以使用的带宽超过 1GHz 就为超宽带。而通常的窄带无线通信

3、系统所用带宽只有几十到几百 MHz ，例如 802.11b 的带宽就只用 80MHz 。 UWB 之所以能够达到如此大的带宽，是因为这种技术所采用的时域调制方式，通过发送短脉冲进行通信的，每个脉冲只有百万亿分之一秒，传输速率可达 40 -60M / 秒，理论上甚至可以达到 1G / 秒。对于一个 0.5ns 的单脉冲信号来说，中心频率就是 2GHz ，其半功率带宽也就是大约 2GHz 。 UWB 之所以受到关注，主要是由于其技术特性上有其它无线通信系统无法相比的优势。除了高传输速率、低发射功率以外，结构简单、抗干扰能力强和安全性高也是优点。表 1 简单对与 UWB 应用接近的几种无线技术在传输

4、距离、传输速率等性能指标进行了比较。 由于长距离通信时理论上需要的传输能量相当的大，而 UWB 所占频谱很宽，输出能量过高会对其它无线系统造成严重干扰。这也是 FCC 对于 UWB 采取严格限制的原因。 UWB 的应用领域非常广泛，主要有四大领域： 组建家庭娱乐网络： UWB 可以被内置在电视、 DVD 、机顶盒、音响以及投影仪等家庭娱乐设备上，用来传输高品质的多媒体应用，如 HDTV( 高清晰电视 ) 信号等。 组建无线个域网：多个内置 UWB 的移动终端 ( 如 PDA 、笔记本电脑等 ) ，可以形成一个 WPAN ，便于高速传输数据，还可以向家庭娱乐网络发送多媒体内容。 雷达探测： UW

5、B 设备具有很强的穿透能力，如墙壁等，可以使警察、消防员和救援人员在紧急情况下能够迅速找到藏在墙后或者是被埋在废墟中的人。 UWB 探测成像系统同样也可以用于提高建筑和家庭维修行业的安全性。 精确定位业务： UWB 定位系统具备为实时的室内外精确跟踪能力，定位精度可以到几个厘米。 UWB 在室内精确定位方面将会对 GPS 起到一个很好的补充作用。随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环

6、境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。这些室内定位技术从总体上可归纳为几类，即GNSS技术（如伪卫星等），无线定位技术（无线通信信号、射频无线标签、超声波、光跟踪、无线传感器定位技术等），其它定位技术（计算机视觉、航位推算等），以及GNSS和无线定位组合的定位技术（A-GPS或A-GNSS）。 室内GPS定位技术 GPS是目前应用最为广泛的定位技术。当GPS接收机在室内

7、工作时，由于信号受建筑物的影响而大大衰减，定位精度也很低，要想达到室外一样直接从卫星广播中提取导航数据和时间信息是不可能的。为了得到较高的信号灵敏度，就需要延长在每个码延迟上的停留时间，A-GPS技术为这个问题的解决提供了可能性。室内GPS技术采用大量的相关器并行地搜索可能的延迟码，同时也有助于实现快速定位。 利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大，且定位导航信号免费。缺点是定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，而且定位器终端的成本较高。 室内无线定位技术 随着无线通信技术的发展，新兴的无线网络技术，例如WiFi、ZigBee、蓝牙和超宽带等，在办公室、家庭、工厂等得到了广泛应用。 红

8、外线室内定位技术。红外线室内定位技术定位的原理是，红外线IR标识发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位。虽然红外线具有相对较高的室内定位精度，但是由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播。直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差。当标识放在口袋里或者有墙壁及其他遮挡时就不能正常工作，需要在每个房间、走廊安装接收天线，造价较高。因此，红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。 超声波定位技术。超声波测距主要采用反射式测距法，通过三角定位等算法确定物体的位置，即发射超声波并接收由被测物产生的回波，根据回波与发射

9、波的时间差计算出待测距离，有的则采用单向测距法。超声波定位系统可由若干个应答器和一个主测距器组成，主测距器放置在被测物体上，在微机指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号，应答器在收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号，得到主测距器与各个应答器之间的距离。当同时有3个或3个以上不在同一直线上的应答器做出回应时，可以根据相关计算确定出被测物体所在的二维坐标系下的位置。 超声波定位整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成本太高。 蓝牙技术。蓝牙技术通过测量信号强度进行定位。这是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内

10、安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置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，就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库。 蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在 PDA、PC以及手机中，因此很容易推广普及。理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。 射频

11、识别技术。射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。这种技术作用距离短，一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围很大，成本较低。同时由于其非接触和非视距等优点，可望成为优选的室内定位技术。目前，射频识别研究的热点和难点在于理论传播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化等问题。优点是标识的体积比较小，造价比较低，但是作用距离近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系统之中。 超宽带技术。超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。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

12、传输数据，从而具有GHz量级的带宽。超宽带可用于室内精确定位，例如战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。 超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。 Wi-Fi技术。无线局域网络(WLAN)是一种全新的信息获取平台，可以在广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务，而网络节点自身定位是大多数应用的基础和前提。当前比较流行的Wi-Fi定位是无线局域网络系列标准之IEEE802.11的一种定位解决方案。该系统采用经验

13、测试和信号传播模型相结合的方式，易于安装，需要很少基站，能采用相同的底层无线网络结构，系统总精度高。 芬兰的Ekahau公司开发了能够利用Wi-Fi进行室内定位的软件。Wi-Fi绘图的精确度大约在1米至20米的范围内，总体而言，它比蜂窝网络三角测量定位方法更精确。但是，如果定位的测算仅仅依赖于哪个Wi-Fi的接入点最近，而不是依赖于合成的信号强度图，那么在楼层定位上很容易出错。目前，它应用于小范围的室内定位，成本较低。但无论是用于室内还是室外定位，Wi-Fi收发器都只能覆盖半径90米以内的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。 ZigBee技术。ZigBee是

14、一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它介于射频识别和蓝牙之间，也可以用于室内定位。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调通信以实现定位。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。 除了以上提及的定位技术，还有基于计算机视觉、光跟踪定位、基于图像分析、磁场以及信标定位等。此外，还有基于图像分析的定位技术、信标定位、三角定位等。目前很多技术还处于研究试验阶段，如基于磁场压力感应进行定位的技术。 不管是GPS定位技术还是利用无线传感器网络或其他定位手段进行定位都

15、有其局限性。未来室内定位技术的趋势是卫星导航技术与无线定位技术相结合，将GPS定位技术与无线定位技术有机结合，发挥各自的优长，则既可以提供较好的精度和响应速度，又可以覆盖较广的范围，实现无缝的、精确的定位2012年11月20日，中国北京讯高通技术公司(QTI)日前宣布，其旗下联网和连接技术子公司高通创锐讯(Qualcomm Atheros)与全球网络巨头思科公司正在密切合作，加快为采用思科无线基础设施的公共和私人场馆提供室内定位服务，为业主、应用开发者、移动设备和网络OEM及消费者提供前所未有的一系列益处。高通IZat室内定位服务平台与思科“互联移动体验(Connected Mobile Ex

16、perience)”解决方案相结合，将改善室内定位精度，在某些世界领先的零售店、旅游场所和酒店中实现服务发现和情境感知功能。思科在企业无线解决方案中的领导地位与高通在移动技术中的领导地位强强联合，将加速市场采用这些技术，促进科技创新以发展室内定位生态系统。许多联网的消费者依赖移动设备和基于位置的应用获得信息，实现交互，获得情境內容相关服务。但是，这些消费者的绝大部分应用和服务在城市环境和室内都面临着挑战，因为在这些环境中，卫星系统不能提供位置数据。高通创锐讯和思科携手，重点加快更精确的室内定位功能的实现，保证各自解决方案的互操作性，以增强服务发现能力，提供更好的情境感知功能，在世界领先的场所提

17、供更好的体验。高通创锐讯定位产品和技术副总裁Cormac Conroy表示：“通过在任何环境中提供更准确的附近有谁和有什么的信息，高通创锐讯正在增强移动体验。我们正与思科合作，建设一个由可以互操作的定位技术组成的生态系统，为移动OEM、运营商和场所推出基于定位服务的创新机会，为其服务的客户提供相关适时信息，只需基于高通 骁龙(Snapdragon)处理器的智能手机位于采用移动服务引擎的Wi-Fi网络附近或范围内。”全球移动网络运行的采用高通创锐讯定位技术的设备出货量已经超过10亿部。高通创锐讯最近增强了其IZat定位平台，可以在大楼内部实现更精确的定位(3-5米范围内)，使得室内定位技术对消费

18、者更加实用。通过克服室内定位的传统挑战，高通创锐讯和思科以及整个行业距实现在任何环境中提供永远在线的位置识别服务的目标又迈进了一步。思科的互联移动体验为整合室内定位技术和实时分析技术、实现个性化移动服务和内容，提供了首款Wi-Fi Passpoint (HotSpot 2.0)解决方案。这一解决方案基于思科移动服务引擎，是业内唯一能够利用现有接入点设施，为移动设备确定室内位置的技术。通过这一解决方案，应用开发者可以利用这些情境景信息，部署可以更有效留住客户的移动应用和服务。思科无线网络事业部副总裁兼总经理Sujai Hajela表示：“我们想利用目前传统室外导航的普及及渗透，把它扩展到世界各地

19、的室内场所中。通过结合移动定位领导者 高通创锐讯的优势，以及我们在WLAN网络技术中的领导地位，我们可以为各行各业中的客户创造新的机会，如零售、酒店、娱乐、旅游、医疗等行业。双方的共同合作，将使得企业能够利用网络智能，发现额外的收益机会。”思科和高通创锐讯将携手在使用思科网络设施和基于高通技术的手持设备的场所中提供差异化的室内定位体验，加快世界著名场所在移动设备上实现室内定位基于WiFi的室内定位系统2012年05月25日 09:56 来源：本站整理 作者：灰色天空 我要评论(0)标签：WIFI(121)室内定位(2)1. 引言目前全球定位系统( GPS , Gl

20、obalPositioning System)是获取室外环境位置信息的最常用方式。近年来，随着无线移动通信技术的快速发展，GPS 和蜂窝网络相结合的A-GPS(Assisted Global Positioning System)定位方式在紧急救援和各种基于位置服务(LBS,Location-Based Services)中逐渐得到了应用。但由于卫星信号容易受到各种障碍物遮挡，GPS/APGS 等卫星定位技术并不适用于室内或高楼林立的场合，目前无线室内定位技术迅速发展，已成为GPS 的有力补充。一般来讲，使用无线信号强度获取目标位置信息的过程，就是建立无线信号强度和位置信息稳定映射关系的过程。

21、现有室内无线定位系统主要采用红外、超声波、蓝牙、WiFi(Wireless Fidelity)、RFID(Radio FrequencyIdentification)等短距离无线技术。其中基于WiFi 网络的无线定位技术由于部署广泛且低成本较低，因此备受关注。其中由微软开发的RADAR 系统是最早的基于WiFi 网络的定位系统。它采用射频指纹匹配方法，从指纹库中查找最接近的K 个邻居，取它们坐标的平均作为坐标估计。本文同样基于WiFi 网络，设计和实现了一种无线室内定位系统，但与上述定位方法不同，本文采用了基于权值选择的定位算法，在一定程度上减少了RSS.信号随机变化引起的定位误差，实验结果表

22、明，该系统可获得较好的定位精度(4 米)。2. 系统设计本系统可为移动终端客户在展馆、商场、校园等应用场景提供定位服务。鉴于移动终端受到计算能力、存储容量和电池电量等诸多限制，所以仅完成简单的信号采集工作，定位计算由定位服务端完成。定位系统的架构体系如图1 所示。服务端主要负责定位计算和响应终端的定位请求。基于负载均衡考虑，响应位置请求的Web 服务器和运行定位计算的定位服务器分离，数据交换方式采用客户端和Web 服务器相同的数据交换方式。客户端依附于具体对象，主要负责采集周边AP 的无线信号强度，并向服务端提交信号特征，服务器使用客户端采集的信号特征进行定位计算，获得移动终端的位置估计。客户

23、端和服务端通信采用标准的HTTP协议，编程方便，可扩展性好，客户端程序功能可根据需要进行扩充。 图1 定位系统网络结构图2 为本定位系统的信息交互流程图。移动终端向Web 服务器提交GET 请求，GET 请求中包含了信号强度特征向量，Web 服务器收到请求后，以同样的方式传达给定位服务器，定位服务器查询数据库，并进行相关的定位运算操作，从而得到移动终端的位置估计。 图2 移动终端与服务器间的信息交互3. 系统实现3.1. 客户端设计本系统客户端采用Android 系统手机。Android 系统是Google 在2007 年发布的基于Linux 平台的开源手机操作系统。近年来

24、，基于此平台的手机市场占有率不断提高，加上其良好的开放性和丰富的API 接口，可以很方便地开发各种应用程序。3.1.1. Android 系统架构简介Android 系统架构见图3,它建立于Linux内核之上，包含了各种设备驱动和管理模块，囊括了非常齐全的类库和框架，包括轻量级数据库SQLite、浏览器Webkit 等。整个系统建立在Dalvik 虚拟机上，应用程序使用Java 语言编写。Android 系统提供了丰富的框架(活动管理、位置管理等)来管理系统的软、硬件资源，整合了常用的应用程序(联系人、电话本等)，并开放了很全面的API 供用户使用，整个平台具有良好的开放性和扩展性。 

25、;图3 Android 系统架构图3.1.2. Activity 生命周期Android 系统上运行的应用程序一般包含一个或多个Activity,主要由活动管理器进行管理，Activity 是Android 系统分配和管理资源的基本单位。每个Activity 都有其对应的生命周期(图4)。 图4 Activity 生命周期onCreate()方法在活动开始时调用，并依次调用onStart()方法和onResume()方法，Activity 处于运行状态，如有新活动启动，则调用onPause()，活动转入后台;如内存不足，活动进程则被关闭。退出程序则会依次调用onStop()和onDe

26、stroy()。活动管理器对Activity 的管理体现在不同生命周期对以上几个方法的调用上，用户可根据自己的需要重载这几个方法。一般来讲，主程序类继承Activity 类，用户的功能代码在重载这些方法中实现。3.1.3. 获取周边AP 信号强度本文采用基于射频指纹的定位方法，移动终端需要获得周围AP 的RSSI 指纹特征，Android 系统提供的接口可以很方便地实现这一功能。参见图5 示例代码片段。首先建立包含响应扫描结果的接收器(reciever) 并重载onReceive()方法，此方法即为收到WiFi 信号的回调函数，用户自定义功能在此实现;再通过registerReceiver()

27、方法将receiver 向Android 系统进行注册，getSystemService()方法用于获得操作WiFi 设备的句柄;最后用startScan()方法启动扫描，当获得扫描结果后，系统会触发注册的回调函数，完成用户代码功能。 图5 扫描示例代码实验结果表明，从给出扫描指令，至接收到扫描结果，耗时约400-500ms,考虑到后台服务器算法运算及网络通信开销，定位过程耗时将超过500ms.3.1.4. 程序流程从程序的功能来看，客户端需完成3 个功能：定期扫描并获得周围AP 的信号强度指纹特征，向服务器提交指纹特征信息，得到定位结果后更新界面显示。程序流程如图6 所示。首先程序

28、初始化并建立更新回调函数，获得WiFi 服务句柄后注册此回调函数，最后启动扫描进程周期扫描，直至系统结束程序。其中，回调函数首先获取扫描结果，并格式化为字符串，然后通过GET 请求提交给服务端，获得定位结果后再更新显示界面。 图6 程序流程图3.2. 服务端软件设计3.2.1. Web 服务器Web 服务器用于对外通信，接收外界的请求，并返回相应的位置信息。Web 服务器运行Apache Tomcat 6.0.20,响应网络的定位请求，相应的软件设置参数为：在%TOMCAT_HOME%webapps 目录下建立目录：ExServletWEB-INF,建立web.xml描述文件和cla

29、sses 文件夹，web.xml 文件是描述文件，classes 存放后台处理的类文件。web.xml 中定义了外部引用此服务的名字和对应的类文件，内容片段见图7。 图7 web 服务器web.xml 代码片段3.2.2. 定位服务器定位服务器用于运行算法，硬件配置参数为，CPU:Intel Core2 Duo E7500 2.93GHz,内存：2G,网卡：Marvell Yukon 88E8057 PCI-EGigabit Ethernet Controller.软件配置参数为，操作系统：Windows XP Professional SP3,Web服务器：Apache Tomca

30、t 6.0.20.相应的软件配置参数与web 服务器类似，web.xml 中代码片段见图8. 图8 定位服务器web.xml 代码片段目前唐恩科技又推出准UWB产品-iLocateWSN定位系统 iLocateTM WSN实时定位系统采用自主开发的准UWB产品，实现P-RTLS的性价比最优化。该系统能够运用于传统的工业环境，以及诸如资产监管等亚米级的定位场合，并达到60cm的2D定位精度；系统包含三部分：有源标签、传感器基站以及iLocateTM软件平台。在该系统中，标签与定位传感器之间进行基于TOF(Time of Flight)算法的双向到达时间运算，并精确计算出标签与传感器的距

31、离；系统运用多个传感器的测量数据来获取、分析标签的空间位置，最终将该信息传输给相关信息系统。iLocateTM WSN定位系统传感器基站按照蜂窝单元(Cell)的形式进行组织，并支持标签在同一空间坐标系下不同定位单元间漫游；每个定位单元中，主传感器通过工业现场总线或以太网将标签位置发送到iLocateTM定位平台，并进行实时的位置信息处理。该系统完全符合国际RTLS行业标准(ISO/IEC24730)。三、 系统构成 iLocateTMWSN作为唐恩科技自主开发的准UWB定位产品，该系统包含三个组成部分：传感器基站Base,有源定位标签Tag和定位平台iLocateTRM。 1，基站BASE 定位基站传感器是一种精密测量仪器，由定位模块阵列、高性能处理器和供电系统组成。定位模块接受处理器的控制指令，并将定位数据传给处理器，处理器将定位数据进行综合处理后，通过工业系统总线或者以太网传给iLocate服务器。参数指标尺寸重量：尺寸20cmX13cmX6cm 重量 350g 工作频率：2.4GHZ 工作条件：温度 -20-60（标准