室內定位技術 二

2021-08-28 20:35:47 字數 2322 閱讀 8649

儘管基本定位技術的混合使用提高了定位精度,但現在總是需要更好的方法來實現降低能耗和精度的進一步提高。現今,已經提出的不同的定位技術,可以分為圖2所示的類別。在所有這些類別中,研究的重點都是基於新的指標和訊號的先進技術,如能量驅動、機會訊號(soop)、超寬頻(uwb)以及傳統的wlan、wsn等系統,因此我們將討論更多的智慧型定位技術;具體來說,就是基於超寬頻的定位、基於無線區域網的定位和基於感測器的定位。最後,我們將在本節討論使用soops作為新興技術來改進定位,然後討論基於系統的定位技術在能耗和精確度方面的挑戰

超寬頻技術是基於發射小於1ns的超短脈衝,低占空比從1到1000。uwb中的傳輸訊號通過多個頻帶傳送。uwb允許在室內環境中精確定位和跟蹤移動節點。

uwb技術在室內定位等各個領域得到了研究人員和業界的廣泛應用,在實現高量程測量解析度和精度、低截獲概率、多路徑免疫以及在乙個系統中實現定位和資料通訊相結合的能力等方面得到了提高。

此外,超寬頻技術是高度可擴充套件的,可以以低成本和低能耗的方式使用

在基於uwb的應用中,通過在目標節點和已知位置的參考節點之間傳輸的無線電訊號估計位置。使用toa、aoa、rss、tdoa和第三節中所述的混合技術來完成。基於超寬頻技術的定位系統精度達到厘公尺級。基於toa或tdoa的三維定位,實現了室內場景下15cm的精度。實際上,多路訊號分量由於具有高頻寬而被超寬頻接收機分解。在滿足視距條件(los)的場景中,第乙個引用los元件的路徑是用於定位目的的魯棒路徑。然而,如果不是這樣,就需要更複雜的技術來精確估計初始延遲。

此外,相對於rss,基於時間的定位技術在基於uwb的定位應用中提供了更高的定位精度,因為相對於基於時間的定位技術而言,uwb的高頻寬並沒有被rss技術有效地用於提高定位精度。另一方面,toa和tdoa利用uwb訊號具有較高的時間解析度這一事實來提高相對於其他技術的定位精度

wlan是室內定位最常用的解決方案。與gps、全球移動通訊系統(gsm)和藍芽等技術相比,基於wlan的定位系統提供了更好的效能。這是由於wlan定位系統不需要任何額外的軟體或硬體操作,但能夠根據現有的基礎結構執行本地化。rss是最著名的wlan定位技術,因為它在802.11網路中易於提取,並且能夠在現成的wlan硬體上執行。另一方面,toa、tdoa和aoa在基於無線區域網的定位系統中並不常見,因為角度和時間延遲測量是複雜的。

通常,wlan掃瞄的目的是尋找可用的網路連線。通常,掃瞄可以以低速率進行,因為可用網路的集合變化緩慢。當乙個裝置在獲取無線區域網訊號的同時,想要估計自己的位置時,需要從aps中進行經常性的rss測量,以最小化定位誤差。定位裝置沿軌跡運動時需要定期更新;因此,每個裝置以與更新速率相等的速率在所有相關通道上掃瞄可用的aps。由於平均一組rss測量值減少了雜訊的影響,乙個關心定位精度的裝置以高於更新率的速度進行掃瞄。或者,掃瞄速率比更新速率慢會降低功耗,從而降低定位精度。因此,平衡功耗與定位效能之間的平衡是無線區域網中裝置選擇掃瞄引數的主要驅動力。

室內無線區域網主要採用兩種方法:單目標方法和多目標方法[27]。這兩種方法都是基於可變鄰域搜尋,旨在減少無線區域網規劃過程中的定位誤差。無線區域網定位系統與嵌入式智慧型裝置感測器的結合,為移動智慧型裝置[28]實現了精確的室內定位。

陀螺儀等慣性感測器在定位中得到了廣泛的應用。然而,慣性感測器通常是基於低成本的微電子機械系統(mems),存在誤差,進而影響定位精度。

基於感測器技術的定位也可分為兩類:(1)基於簽名技術和(2)基於信標技術。在基於信標的技術中,信標節點(即參考節點)應該使用gps或手動配置來確定其絕對位置。剩餘節點的位置是通過對信標節點的距離/角度測量,然後進行多次測量或三角測量來估計的。

基於感測器的定位是移動系統的乙個重要特點,如自主導航、娛樂機械人、服務機械人和軍事機械人。

基於超寬頻的定位

1:多徑

2:非視距傳輸

基於wlan的定位

基於無線區域網的定位系統是一種費時費力的現場測量方法。另乙個挑戰是,這些系統的多路徑受到物理物件存在的影響。此外,基於wlan的定位系統可能會干擾2.4 ghz ism中的其他應用。此外,訊號強度隨時間的變化被認為是該系統的乙個弱點,導致定位精度下降。辦公室內人員、門、家具的移動導致訊號強度的變化,需要同時更新訊號強度圖。因此,這被認為是wlan指紋系統的乙個主要缺點。

基於感測器的定位

就方法而言,基於錨點的定位技術由於其精確性,在這種環境中通常是首選的。然而,這種技術也有缺點,例如需要在wsn中安裝合適的an(anchor node)。由於an成本高、能耗高,必須儘量減少所需的an數量。基於an的定位技術的另乙個缺點是需要an的均勻分布,因為在戰場和自然災害環境等許多隨機部署感測器節點的環境中,這一標準都不能滿足。無線感測器網路中未知節點的定位採用隨機選擇的an,但由於an的特點和無線通訊的不確定性,對定位精度的影響不同

室內定位技術

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