接收信號角度定位法

        對于GPS，相信大家都很了解。作為一種導(dǎo)航技術(shù)，GPS為全球的人類解決了“行路難”的問題。但這種導(dǎo)航方式有兩個(gè)缺點(diǎn)：一就是不能在室內(nèi)定位；二是導(dǎo)航精度不夠高。但由于室內(nèi)定位技術(shù)有著極大的應(yīng)用場景，例如在大型商場里面借助室內(nèi)定位快速找到出口、電梯，家長用來跟蹤小孩的位置避免小孩在超市中走丟，房屋根據(jù)你的位置打開或關(guān)閉電燈，商店根據(jù)用戶的具體位置向用戶推送更多關(guān)于商品的介紹等等。所以繼GPS等導(dǎo)航以后，室內(nèi)導(dǎo)航成為各大廠商關(guān)注的重點(diǎn)。

        而在過去的十多年，科技巨頭和研究機(jī)構(gòu)也的確在室內(nèi)定位技術(shù)方面開展了大量的研究，例如比較成熟的包括藍(lán)牙、WiFi、RFID、Zigbee、超寬帶、地磁等技術(shù)。但是，復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下的多徑效應(yīng)、同頻干擾、人體遮擋始終是研究者面臨的最大難題。但近年來隨著谷歌、蘋果和諾基亞等公司的推動(dòng)，室內(nèi)導(dǎo)航獲得了跨越式的發(fā)展。下面讓我們對市面上流行的方案做一個(gè)盤點(diǎn)。

        蘋果借助iBeacon打造的室內(nèi)定位

        iBeacons是基于BluetoothLE技術(shù)，全稱為BluetoothLowEnergy，又可簡稱為BLE。低功耗藍(lán)牙由諾基亞在2001年開始研發(fā)，其目的是為了發(fā)展一套相容于標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙，并且在功耗與制造價(jià)格上能進(jìn)一步優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)。2004年Nokia發(fā)布了低功耗藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，2006年以Wibree技術(shù)的品牌名稱首度問世，2007年與藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟達(dá)成協(xié)議，納入標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙并正式定名為低功耗藍(lán)牙。它的工作范圍最遠(yuǎn)可至150英尺（約45米）。

        目前基于iBeacons的室內(nèi)無線定位方法有：接收信號強(qiáng)度定位法、到達(dá)時(shí)間定位法、接收信號角度定位法、參考點(diǎn)定位法。

        接收信號強(qiáng)度定位法

        接收信號強(qiáng)度定位法是通過信號強(qiáng)度和已知信號衰弱模型來估計(jì)接收點(diǎn)與待測點(diǎn)的距離，根據(jù)多個(gè)接收點(diǎn)距待測點(diǎn)的距離值畫出圓，多個(gè)圓的重疊部分就是待測物體。在移動(dòng)裝置中，接收信號強(qiáng)度常用接收信號強(qiáng)度指標(biāo)RSSI來表示，在理想環(huán)境中這種方式可以獲得較為精確的定位。然而RSSI受信號反射、散射、繞射等多重路徑衰減與遮擋影響非常嚴(yán)重，實(shí)際上存在較大誤差。

        到達(dá)時(shí)間定位法

        到達(dá)時(shí)間定位法和接收信號強(qiáng)度定位法類似，只不過計(jì)算接收點(diǎn)和測量點(diǎn)之間的距離是采用無線信號傳播時(shí)間乘以無線信號傳輸速度。由于無線信號傳播速度是30Wkm/S。這就要求待測點(diǎn)和多個(gè)接收點(diǎn)之間要有非常精確的時(shí)間同步。然而高精度時(shí)間獲取成本非常昂貴，即使微秒級的時(shí)間誤差也會(huì)造成數(shù)百米的距離誤差。因此在短距離定位上誤差較大。

        接收信號角度定位法的工作原理是利用定向天線量測出信號來源方向，多個(gè)接收點(diǎn)同時(shí)按照接收角度畫出直線，直線的交點(diǎn)就是目標(biāo)位置。信號角度定位法的優(yōu)點(diǎn)是不需要每一個(gè)接收天線都做時(shí)間同步，誤差來源主要是角度解析的誤差。在距離越遠(yuǎn)的時(shí)候角度解析的誤差影響越大，同時(shí)由于信號反射和折射可能造成最終計(jì)算出來的被測點(diǎn)是發(fā)射點(diǎn)而不是被測物體本身。另外由于定向天線的制作對測量角度的計(jì)算影響較大在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)比較麻煩。