室內(nèi)定位在一些特定場合的實用性和必要 性已經(jīng)日趨顯著，其應用前景廣闊，研究意義非常大，目前也是一個非常熱門的議題。本文闡述幾種常用的室內(nèi)定位技術(shù)手段，并具體闡述這些技術(shù)的典型實例，對比其精度及優(yōu)缺點。在比較中作者認為基于RFID的室內(nèi)定位系統(tǒng)性價比比較高，對其進行詳細介紹。ZigBee則是一種基于RFID的能很好地解決室內(nèi)定位的方案技術(shù)手段。

　　1 引言

　　隨著時代飛速變遷，科學技術(shù)迅猛發(fā)展，信息服務質(zhì)量效率提高，受干擾度小，在人們的生活工作及科學研究中起到了非常重要的作用。室內(nèi)定位技術(shù)非常實用，具有較大的拓展空間，其應用范圍廣泛，在復雜環(huán)境下，如圖書館，體育館，地下車庫，貨品倉庫等都可以實現(xiàn)對人員以及物品的快速定位。

　　室內(nèi)定位系統(tǒng)有最基本的5種算法：

　?。?） 起源蜂窩小區(qū)技術(shù)；

　?。?）時間到達法（TOA）；

　　（3）時間到達差法（TDOA）；

　?。?）信號強度法（RSSI）；

　?。?）到達角度差法（AOA）。

　　常用的室內(nèi)定位技術(shù)主要包括以下幾種：

　?。?） 基于超聲波定位技術(shù)；

　?。?） 基于紅外線的定位技術(shù)；

　?。?） 基于超寬帶的定位技術(shù)；

　　（4）射頻識別定位技術(shù)（WLAN、ZigBee）等。

　　2 幾種室內(nèi)定位技術(shù)的比較

　　2.1 超聲波技術(shù)

　　超聲波定位目前大多數(shù)采用反射式測距法。系統(tǒng)由一個主測距器和若干個電子標簽組成，主測距器可放置于移動機器人本體上，各個電子標簽放置于室內(nèi)空間的固定位置。定位過程如下：先由上位機發(fā)送同頻率的信號給各個電子標簽，電子標簽接收到后又反射傳輸給主測距器，從而可以確定各個電子標簽到主測距器之間的距離，并得到定位坐標。

　　目前，比較流行的基于超聲波室內(nèi)定位的技術(shù)還有下面兩種：一種為將超聲波與射頻技術(shù)結(jié)合進行定位。由于射頻信號傳輸速率接近光速，遠高于射頻速率，那么可以利用射頻信號先激活電子標簽而后使其接收超聲波信號，利用時間差的方法測距。這種技術(shù)成本低，功耗小，精度高。另一種為多超聲波定位技術(shù)。該技術(shù)采用全局定位，可在移動機器人身上4個朝向安裝4個超聲波傳感器，將待定位空間分區(qū)，由超聲波傳感器測距形成坐標，總體把握數(shù)據(jù)，抗干擾性強，精度高，而且可以解決機器人迷路問題。

　　定位精度：超聲波定位精度可達厘米級，精度比較高。缺陷：超聲波在傳輸過程中衰減明顯從而影響其定位有效范圍。

　　2.2 紅外線技術(shù)

　　紅外線是一種波長間于無線電波和可見光波之間的電磁波。典型的紅外線室內(nèi)定位系統(tǒng)Active badges使待測物體附上一個電子標識，該標識通過紅外發(fā)射機向室內(nèi)固定放置的紅外接收機周期發(fā)送該待測物唯一ID，接收機再通過有線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫。這個定位技術(shù)功耗較大且常常會受到室內(nèi)墻體或物體的阻隔，實用性較低。

　　如果將紅外線與超聲波技術(shù)相結(jié)合也可方便地實現(xiàn)定位功能。用紅外線觸發(fā)定位信號使參考點的超聲波發(fā)射器向待測點發(fā)射超聲波，應用TOA基本算法，通過計時器測距定位。一方面降低了功耗，另一方面避免了超聲波反射式定位技術(shù)傳輸距離短的缺陷。使得紅外技術(shù)與超聲波技術(shù)優(yōu)勢互補。

　　定位精度：5~10m。缺陷：紅外線在傳輸過程中易于受物體或墻體阻隔且傳輸距離較短，定位系統(tǒng)復雜度較高，有效性和實用性較其它技術(shù)仍有差距。

　　2.3 超寬帶技術(shù)

　　超寬帶技術(shù)是近年來新興的一項無線技術(shù)，目前，包括美國，日本，加拿大等在內(nèi)的國家都在研究這項技術(shù)，在無線室內(nèi)定位領(lǐng)域具有良好的前景。UWB技術(shù)是一種傳輸速率高（最高可達1000Mbps以上），發(fā)射功率較低，穿透能力較強并且是基于極窄脈沖的無線技術(shù)，無載波。正是這些優(yōu)點，使它在室內(nèi)定位領(lǐng)域得到了較為精確的結(jié)果。

　　超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)常采用TDOA演示測距定位算法，就是通過信號到達的時間差，通過雙曲線交叉來定位的超寬帶系統(tǒng)包括產(chǎn)生、發(fā)射、接收、處理極窄脈沖信號的無線電系統(tǒng)。而超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)（如圖1所示）則包括UWB接收器、UWB參考標簽和主動UWB標簽。定位過程中由UWB接收器接收標簽發(fā)射的UWB信號，通過過濾電磁波傳輸過程中夾雜的各種噪聲干擾，得到含有效信息的信號，再通過中央處理單元進行測距定位計算分析。

　　圖1 UWB室內(nèi)定位結(jié)構(gòu)圖

　　基于超寬帶技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)典型實例為：Ubisense，其定位方法為三邊定位，定位精度為：6~10cm，缺陷：造價較高。

　　2.4 射頻識別技術(shù)

　　射頻定位技術(shù)實現(xiàn)起來非常方便， 而且系統(tǒng)受環(huán)境的干擾較小，電子標簽信息可以編輯改寫比較靈活。下面具體介紹該技術(shù)的相關(guān)應用。

　　3 基于射頻識別（RFID）的室內(nèi)定位技術(shù)

　　3.1 RFID技術(shù)原理

　　射頻識別（RFID）技術(shù)是一種操控簡易，適用于自動控制領(lǐng)域的技術(shù)，它利用了電感和電磁耦合或雷達反射的傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。射頻（RF）是具有一定波長的電磁波，它的頻率描述為：kHz、MHz、GHz，范圍從低頻到微波不一。