室內定位在一些特定場合的實用性和必要 性已經日趨顯著，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定位技術手段，并具體闡述這些技術的典型實例，對比其精度及優缺點。在文中作者只是簡單 的羅列各種技術的特點與優缺點，對于技術應用的實現與否不做過多的探討。

1 引言

隨著時代飛速變遷，科學技術迅猛發展，信息服務質量效率提高，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。室內定位技術非常實用，具有較大的拓展空間，其應用范圍廣泛，在復雜環境下，如圖書館，體育館，地下車 庫，貨品倉庫等都可以實現對人員以及物品的快速定位。

室內定位系統有較基本的5種算法：

（1） 起源蜂窩小區技術；

（2）時間到達法（TOA）；

（3）時間到達差法（TDOA）；

（4）信號強度法（RSSI）；

（5）到達角度差法（AOA）。

常用的室內定位技術主要包括以下幾種：

（1） 基于超聲波定位技術；

（2） 基于紅外線的定位技術；

（3） 基于超寬帶的定位技術；

（4）射頻識別定位技術（WLAN、ZigBee）等。

2 幾種室內定位技術的比較

2.1 超聲波技術

超聲波定位目前大多數采用反射式測距法。系統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空間的固定位置。定位過程如下：先由上位機發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定位的技術還有下面兩種：一種為將超聲波與射頻技術結合進行定位。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。 這種技術成本低，功耗小，精度高。另一種為多超聲波定位技術。該技術采用全局定位，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，由超聲波傳感器測距形成坐標，總體把握數據，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

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。典型的紅外線室內定位系統Active badges使待測物體附上一個 電子標識，該標識通過紅外發射機向室內固定放置的紅外接收機周期發送該待測物ID，接收機再通過有線網絡將數據傳輸 給數據庫。這個定位技術功耗較大且常常會受到室內墻體或物體的阻隔，實用性較低。

如果將紅外線與超聲波技術相結合也可方便地實現定位功能。用紅外線觸發定位信號使參考點的超聲波發射器向待測點發 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傳輸距離短 的缺陷。使得紅外技術與超聲波技術優勢互補。

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，定位系統復雜度較高，有效性和 實用性較其它技術仍有差距。

2.3 超寬帶技術

超寬帶技術是近年來新興的一項無線技術，目前，包括美國，日本，加拿大等在內的國家都在研究這項技術，在無線室內 定位領域具有良好的前景。UWB技術是一種傳輸速率高（較高可達1000Mbps以上），發射功率較低，穿透能力較強并且是基 于極窄脈沖的無線技術，無載波。正是這些優點，使它在室內定位領域得到了較為精確的結果。超寬帶室內定位技術常采用 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包括產生、發射、接收、處理極 窄脈沖信號的無線電系統。而超寬帶室內定位系統則包括UWB基站和UWB標簽。定位過程中由UWB接收器接收標簽發射的 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。

通過典型實例為：智物達UWB定位系統，其定位方法為三邊定位，定位精度為：6~10cm

2.4 射頻識別技術

射頻定位技術是一種操控簡易，適用于自動控制領域的技術，它利用了電感和電磁耦合或雷達反射的傳輸特性，實現對被 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。

2.4.1無線局域網技術（Wi-Fi/IEEE 802.11b）

基于IEEE802.11b標準的無線以太網已經成功進入人類社會生活中，無論校園，工作場合或是公共場所等都廣泛應用了該 技術。使用中只需用手機，筆記本電腦或者是PDA等就可以輕松獲取無線信號。無線局域網技術也可輕松運用到室內定位系統 中。在無線局域網中的AP接入點或是無線網卡都可以方便測得無線信號的強度，利用這一點可以通過匹配信號強度的方法進行 定位。位置指紋法是一種常用的無線局域網室內定位技術，典型的系統是RADAR原型系統，由微軟研發。

基于RSSI技術的RADAR室內定位系統運行分兩個過程，分別是先在系統覆蓋區域對設置的若干個AP固定點離線采集其位 置信息以及信號強度，通過有線網絡傳輸給數據中心形成位置指紋數據庫，再對實時待測物所測算得到信號強度利用較近鄰居 法分析匹配出其位置。

精度：2~3m。缺陷：采集數據工作量大，而且為了達到較高的精度，固定點AP的位置測算設置比較繁瑣。

2.4.2 ZigBee/IEEE 802.15.4

ZigBee技術應用于較短距離無線通信，主要面向無線個人區域網（PAN），網絡系統在應用中表現出近距離，低功耗，低 成本等特征，這些都可以滿足室內定位系統是通過在傳感器網絡中布置參考節點，移動節點構成系統的，參考節點為靜態節點， 它們發送位置信息和RSSI值給移動待測節點，該節點將數據寫入定位模塊，分析計算得到自身位置。該系統常采用分布式節點 設置，可以減少網絡數據工作量和通信延遲的問題。

精度：2m以內，平均1m。缺陷：網絡穩定性還有待提高，易受環境干擾。