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无线定位技术大比拼

网络整理 2023-10-28 09:08

三种无线局域网定位技术:Wi-Fi、蓝牙和UWB 前言

在万物互联的大背景下,位置信息的获取和应用在项目落地中越来越重要。相对于室内定位,室内定位的工作环境更为复杂、精细,其技术更是多种多样。

一般情况下,我们按照技术原理和使用信号源的不同,可以将室内定位技术分为以下这种:

按定位原理界定:ID 定位、区间定位、三边定位、信号抵达角定位、指纹定位、惯性推断等;按定位所使用的信号源界定:Wi-Fi定位、ZigBee定位、蓝牙定位、UWB定位、RFID定位、卫星定位、低频触发定位、基站定位、声波定位、光定位、地磁定位等。未来,室内定位技术将肆虐我们生产、生活的方方面面,例如:智慧鞋厂人员及货物管理与调度、 生产安全管理、地下停车场寻车导航、智慧大厦人员/访客定位管理、 会展位置导航等。

下面我们就来阐述一下,目前的行业应用中比较常见的、基于无线局域网的三种室内定位技术。

Wi-Fi

Wi-Fi定位,2010年前后,开始在基于定位标签的人员监控行业领域应用上去,2013年,基于手机的Wi-Fi侦测等应用也急剧崭露头角。

目前,Wi-Fi定位是比较流行的一种室内定位技术,其定位方式是基于讯号硬度的传播模型法和指纹辨识法。

信号硬度的传播模型法,是指使用当前环境下假定的某种信道没落模型,根据其物理关系恐怕终端与已知位置AP间的距离常用的无线传感器网络aoa定位方法原理,如果用户看到多个AP讯号,就可以通过三边定位算法来获得用户的位置信息;指纹辨识法,则是基于Wi-Fi讯号的传播特性,将多个AP的测量数据组合成指纹信息,通过与参考数据对比来恐怕联通物体可能的位置。

在定位精度为米级的一些场景,可借助Wi-Fi进行覆盖,该技术适用于对人/车的定位导航,医疗机构、商场、主题景区等场景。

蓝牙

2014年左右,基于蓝牙的定位技术开始在监控定位领域被应用。

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2017年7月,蓝牙mesh即将推出,在一年半的时间里,已经有超过105种具有蓝牙mesh网路功能的产品获得认证,其中包含芯片、协议栈、模组及终端产品供应商等。

为了满足位置服务市场不断下降的需求,全新蓝牙5.1标准新增了寻向功能,可帮助设备明晰蓝牙讯号的方向,进而帮助开发者剖析设备方向的蓝牙接近(proximity)解决方案,实现厘米级位置精度的蓝牙定位系统。

基于位置的蓝牙服务解决方案一般分为两类:接近类解决方案和定位系统。无论是实时定位,还是室内定位,原理都是类似的,即在数据包传输中加入RSSI(接收讯号硬度)机制,通过RSSI来虚拟出产品的大致范围,再通过三边测量法,实现互相交集的检测算法,最终完成室内定位。

蓝牙定位,只要设备的蓝牙功能开启,就能够对其进行定位。蓝牙传输不受视距的影响,但对于复杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪音讯号干扰大,且蓝牙元件和设备的价钱比较贵。

根据《2019蓝牙市场最新资讯》显示,位置服务已成为增速最快的蓝牙解决方案,预计未来三年其年复合增长率将达到43%。

蓝牙定位主要用于对人的小范围定位,例如双层大厅或商店,现在早已被个别厂商开始用于LBS推广。

UWB

近年来,随着UWB芯片方案的成熟和成本的上涨,国内研究UWB定位技术的公司不断涌现。UWB是一种传输速度高(最高可达1000Mbps以上),发射功率较低,穿透能力较强的无线定位技术。

UWB定位是由多个传感采用TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差)和AOA定位算法对标签位置进行剖析,具有时延区分能力、精度高、定位精度可达厘米级等特性。

TDOA是一种借助抵达时间差进行定位的方式又称为双曲线定位。标签卡对外发送一次UWB讯号,在标签无线覆盖范围内的所有基站就会收到无线讯号。如果有两个已知座标点的基站收到讯号,标签距离两个基站的间隔不同,那么这两个基站收到讯号的时间点是不一样的。

基于讯号时间的定位系统,例如UWB,一旦碰到外墙遮挡的情况就须要重新布署。同等面积,房间数目降低一倍,基站药量也将降低一倍,其在狭小场景基站更易布署。

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目前使用UWB定位技术的行业是隧洞、化工厂、监狱、医院、养老院、矿井等行业。

局域网定位技术的比较

上述几种基于无线局域网的定位技术,其中,超宽带的定位系统,定位精度通常可达厘米级,但这样的定位应用范围较小,需对网路重新进行布署,并且使用者须要使用专用的讯号检测设备,实现成本较高;其他定位方法的精度其实稍差,同时成本也较低,一般使用讯号硬度作为参考。

这几种无线局域网通常应用于室外场景,受到室外环境的复杂影响,信号接收硬度会容易波动,仅使用讯号硬度很难实现精确定位。

因此,根据检测参数的不同,还可以使用基于接收讯号抵达时间法和基于接收讯号抵达角度的方式实现定位。

Wi-Fi、蓝牙和UWB这三种技术,就定位精度来讲,UWB可达厘米级的定位,蓝牙为分米到米级,而Wi-Fi仅为米级的精度;就抗时延和抗干扰方面,UWB显著好于其他三者;就传输距离来看,Wi-Fi是最远的,UWB次之,蓝牙传输距离近来;此外,在建设成本方面,UWB的成本要远远低于Wi-Fi和蓝牙。

无线局域网定位主要应用于室内定位,根据讯号的特性以及网路构架不同,其定位精度可从厘米级到米级。不同的场景,我们在选择具体的定位技术时,不光要考虑精度性能,还得考虑成本和帧率。因此,尽管UWB精度最高常用的无线传感器网络aoa定位方法原理,但是其他的定位技术也各有自己的市场。

不同定位技术的好坏对比

UWB和其他定位技术的好坏:

zigbee 带宽小,不适宜大量数据通讯,一个节点也很难与大量其他节点通讯。

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