李雅欣 張亞飛 黃建昌*（通訊作者） 河北農(nóng)業(yè)大學理工學院

盡管GPS定位技術(shù)較為成熟，但在室內(nèi)由于物體遮擋等作用，信號不能穿透建筑實體，致使很多室外的定位技術(shù)在室內(nèi)發(fā)揮的效果極為有限。隨著定位技術(shù)的發(fā)展，室內(nèi)對于可見光的導航需求逐漸增多，如醫(yī)院、購物商場、庫房、災害地、礦井等。這些場所不僅需要室內(nèi)定位，且對精度要求也較高。所以，探討室內(nèi)定位技術(shù)十分重要。

1 關(guān)于可見光的室內(nèi)定位技術(shù)研究現(xiàn)狀

可見光室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在己經(jīng)可以通過許多技術(shù)實現(xiàn)，常見的定位技術(shù)除了超聲波以及局域網(wǎng)技術(shù)還有紅外線和射頻識別等。其中的計算方式有到達的時間、時間差、角度以及接收的信號強度等。

1.1 超聲波定位技術(shù)

超聲波技術(shù)是利用發(fā)送的超聲波信號測量二者的距離來定位，一般應用反射的測距方法，具體測距原理如圖1所示。超聲波的定位技術(shù)結(jié)構(gòu)較為復雜，有很多特定的應答設備與目標。目標向很多應答設備發(fā)送相關(guān)的信號，以反射的測距法獲取目標到達應答器的實際距離。其特點分析:視距下的精度很準，能夠控制發(fā)射的方向，一般用于工業(yè)。然而，它易受反射的影響，定位的誤差變化很快，還需借助很多輔助性的設備，經(jīng)濟成本較大。

圖1 超聲波測距示意圖

1.2 無線局域網(wǎng)技術(shù)

在定位區(qū)間里安設三個無線基站，基站能獲取目標發(fā)送的信息，如強度、時間等。綜合全部基站的結(jié)構(gòu)，分析并計算目標地信息。經(jīng)證明，信號傳遞隨著距離以及各種干擾因素的影響而衰減。當AP作為無線的訪問接入點，可以把數(shù)據(jù)采樣并傳送到服務器進行分析處理，具體流程如圖2所示。AP的響應傳送到無線網(wǎng)卡上，從而得到室內(nèi)定位所需要的各種信息，比如各個物理地址，無線網(wǎng)絡的標識。AP和網(wǎng)卡均可測量信號強度，AP采用被動探測的方式以廣播形式發(fā)一個信標信號（Beacon），其中包含了BSS參數(shù)的信息以及接入點的緩存幀信息。其中AP信號衰減和發(fā)送功率都相對較優(yōu)，因此采取了主動探測的方式。

圖2 數(shù)據(jù)采用流程

由于這種定位方式能應用現(xiàn)在已裝設的設備，只需要相關(guān)信息分析的服務器，所以成本不高。室內(nèi)信息可以根據(jù)接收位置不同的信號強度來標識，如微軟企業(yè)的RADAR系統(tǒng)。但是定位的精度不理想，且受多徑效應等因素的限制。在傳播速度已知的前提下測試時間來計算距離，必須發(fā)送和接收雙方均知道測試開始時間，用TOA算法可以對距離進行計算，其算法對時鐘精度要求較高尤其是無線傳輸速度很快，要求就更為嚴格。根據(jù)基站的坐標位置，利用TOA算法可以算出距離，從而直接得到想要定位的物體的坐標，或者推算出定位點和三個基站的連線之間的角度得到定位點位置，具體原理和推到如圖3所示。

圖 3 超聲波測距示意圖

具體公示計算如下:

(ai,bi)是三個基站所在的點坐標，x，y為欲求得的移動端所在的位置，v為當前信號傳播的速度，移動端到三個基站的位置可以用d=tiV來計算。利用求得的三個d畫三個圓，三個圓弧的交點就是移動端所在的位置。

（3）不同定位技術(shù)可靠性分析表1不同定位技術(shù)比較

定位方法 精度 可靠程度 成本消耗 安全性能超聲波 1-100m 較低 較大 較低紅外線 1-5m 較低 中等 較高超帶寬 1-10m 較低 中等 較高無線局域網(wǎng) 1-5m 較低 較低 較低

3 結(jié)論

隨著室內(nèi)定位的技術(shù)不斷地發(fā)展，至今己有許多可以選擇的定位技術(shù)應用于室內(nèi)，通過本文分析研究，發(fā)現(xiàn)它們都有較大的局限性，或者成本、技術(shù)含量很高，或者影響因素較多，或者定位的距離較短。為了盡量地克服相關(guān)的缺點，對于VLC的室內(nèi)定位技術(shù)逐漸得到了研究人員的關(guān)注。LED燈因為有著很長的使用壽命，對于溫度、濕度的承受能力也較強，且具有功耗低、環(huán)境友好等優(yōu)點，讓LED在很多工業(yè)領域獲得了巨大的發(fā)展空間。

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