超寬帶(UWB)是射頻應用技術領域的一項重大突破。Ubisense 公司利用該技術構建了革命性的實時定位系統(RTLS)，該系統能夠在傳統的挑戰性應用環境中達到較高的唐恩科技壟斷吧？應該是UWB技術被一些大公司壟斷。唐恩他們自己做，你也可以要求他們輔助你做啊，不過貨還是要從他們那兒出，因為全中國就他們在做嘛。中國目前都是停留在理論研究階段，沒有實物出來呢，我們的國家，唉，叫咱們怎么愛國貨呢！亞米級應用，我們以前部隊的項目上用過GPS東西，但是除了DGPS真沒有其他辦法，要資料給你發一些吧，差分GPS定位終端就是塊頭太大，價格賊貴了些，我以前用的是咱上海一家公司的方案,一個終端10000多個大洋。2004 年中國國際通信展上， UWB(Ultra Wide band) 技術也被稱之為 “ 超寬帶 ” 成為展會的一大亮點。 UWB 是利用脈沖信號進行高速無線數據傳輸的短程通信技術。 2002 年 2 月，美國 FCC 正式批準 UWB 商用，這項技術的市場前景開始受到世人的矚目。 超寬帶體現卓越性能 根據美國聯邦通信委員會 FCC 的定義，凡是所用帶寬與中心工作頻率之比大于的 25% 或者是絕對帶寬大于 1.5G 赫茲的信號，就被稱之為 “ 超寬帶 ”(Ultra Wide band) 。例如一個系統中心頻率為 4GHz ，可以使用的帶寬超過 1GHz 就為超寬帶。而通常的窄帶無線通信系統所用帶寬只有幾十到幾百 MHz ，例如 802.11b 的帶寬就只用 80MHz 。 UWB 之所以能夠達到如此大的帶寬，是因為這種技術所采用的時域調制方式，通過發送短脈沖進行通信的，每個脈沖只有百萬億分之一秒，傳輸速率可達 40 -60M / 秒，理論上甚至可以達到 1G / 秒。對于一個 0.5ns 的單脈沖信號來說，中心頻率就是 2GHz ，其半功率帶寬也就是大約 2GHz 。 UWB 之所以受到關注，主要是由于其技術特性上有其它無線通信系統無法相比的優勢。除了高傳輸速率、低發射功率以外，結構簡單、抗干擾能力強和安全性高也是優點。表 1 簡單對與 UWB 應用接近的幾種無線技術在傳輸距離、傳輸速率等性能指標進行了比較。 由于長距離通信時理論上需要的傳輸能量相當的大，而 UWB 所占頻譜很寬，輸出能量過高會對其它無線系統造成嚴重干擾。這也是 FCC 對于 UWB 采取嚴格限制的原因。 UWB 的應用領域非常廣泛，主要有四大領域： 組建家庭娛樂網絡： UWB 可以被內置在電視、 DVD 、機頂盒、音響以及投影儀等家庭娛樂設備上，用來傳輸高品質的多媒體應用，如 HDTV( 高清晰電視 ) 信號等。 組建無線個域網：多個內置 UWB 的移動終端 ( 如 PDA 、筆記本電腦等 ) ，可以形成一個 WPAN ，便于高速傳輸數據，還可以向家庭娛樂網絡發送多媒體內容。 雷達探測： UWB 設備具有很強的穿透能力，如墻壁等，可以使警察、消防員和救援人員在緊急情況下能夠迅速找到藏在墻后或者是被埋在廢墟中的人。 UWB 探測成像系統同樣也可以用于提高建筑和家庭維修行業的安全性。 精確定位業務： UWB 定位系統具備為實時的室內外精確跟蹤能力，定位精度可以到幾個厘米。 UWB 在室內精確定位方面將會對 GPS 起到一個很好的補充作用。隨著數據業務和多媒體業務的快速增加，人們對定位與導航的需求日益增大，尤其在復雜的室內環境，如機場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環境中，常常需要確定移動終端或其持有者、設施與物品在室內的位置信息。但是受定位時間、定位精度以及復雜室內環境等條件的限制，比較完善的定位技術目前還無法很好地利用。因此，專家學者提出了許多室內定位技術解決方案，如A-GPS定位技術、超聲波定位技術、藍牙技術、紅外線技術、射頻識別技術、超寬帶技術、無線局域網絡、光跟蹤定位技術，以及圖像分析、信標定位、計算機視覺定位技術等等。這些室內定位技術從總體上可歸納為幾類，即GNSS技術（如偽衛星等），無線定位技術（無線通信信號、射頻無線標簽、超聲波、光跟蹤、無線傳感器定位技術等），其它定位技術（計算機視覺、航位推算等），以及GNSS和無線定位組合的定位技術（A-GPS或A-GNSS）。 室內GPS定位技術 GPS是目前應用最為廣泛的定位技術。當GPS接收機在室內工作時，由于信號受建筑物的影響而大大衰減，定位精度也很低，要想達到室外一樣直接從衛星廣播中提取導航數據和時間信息是不可能的。為了得到較高的信號靈敏度，就需要延長在每個碼延遲上的停留時間，A-GPS技術為這個問題的解決提供了可能性。室內GPS技術采用大量的相關器并行地搜索可能的延遲碼，同時也有助于實現快速定位。 利用GPS進行定位的優勢是衛星有效覆蓋范圍大，且定位導航信號免費。缺點是定位信號到達地面時較弱，不能穿透建筑物，而且定位器終端的成本較高。 室內無線定位技術 隨著無線通信技術的發展，新興的無線網絡技術，例如WiFi、ZigBee、藍牙和超寬帶等，在辦公室、家庭、工廠等得到了廣泛應用。 紅外線室內定位技術。紅外線室內定位技術定位的原理是，紅外線IR標識發射調制的紅外射線，通過安裝在室內的光學傳感器接收進行定位。雖然紅外線具有相對較高的室內定位精度，但是由于光線不能穿過障礙物，使得紅外射線僅能視距傳播。直線視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點使其室內定位的效果很差。當標識放在口袋里或者有墻壁及其他遮擋時就不能正常工作，需要在每個房間、走廊安裝接收天線，造價較高。因此，紅外線只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內的燈光干擾，在精確定位上有局限性。 超聲波定位技術。超聲波測距主要采用反射式測距法，通過三角定位等算法確定物體的位置，即發射超聲波并接收由被測物產生的回波，根據回波與發射波的時間差計算出待測距離，有的則采用單向測距法。超聲波定位系統可由若干個應答器和一個主測距器組成，主測距器放置在被測物體上，在微機指令信號的作用下向位置固定的應答器發射同頻率的無線電信號，應答器在收到無線電信號后同時向主測距器發射超聲波信號，得到主測距器與各個應答器之間的距離。當同時有3個或3個以上不在同一直線上的應答器做出回應時，可以根據相關計算確定出被測物體所在的二維坐標系下的位置。 超聲波定位整體定位精度較高，結構簡單，但超聲波受多徑效應和非視距傳播影響很大，同時需要大量的底層硬件設施投資，成本太高。 藍牙技術。藍牙技術通過測量信號強度進行定位。這是一種短距離低功耗的無線傳輸技術，在室內安裝適當的藍牙局域網接入點，把網絡配置成基于多用戶的基礎網絡連接模式，并保證藍牙局域網接入點始終是這個微微網(piconet)的主設備，就可以獲得用戶的位置信息。藍牙技術主要應用于小范圍定位，例如單層大廳或倉庫。 藍牙室內定位技術最大的優點是設備體積小、易于集成在 PDA、PC以及手機中，因此很容易推廣普及。理論上，對于持有集成了藍牙功能移動終端設備的用戶，只要設備的藍牙功能開啟，藍牙室內定位系統就能夠對其進行位置判斷。采用該技術作室內短距離定位時容易發現設備且信號傳輸不受視距的影響。其不足在于藍牙器件和設備的價格比較昂貴，而且對于復雜的空間環境，藍牙系統的穩定性稍差，受噪聲信號干擾大。 射頻識別技術。射頻識別技術利用射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數據以達到識別和定位的目的。這種技術作用距離短，一般最長為幾十米。但它可以在幾毫秒內得到厘米級定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低。同時由于其非接觸和非視距等優點，可望成為優選的室內定位技術。目前，射頻識別研究的熱點和難點在于理論傳播模型的建立、用戶的安全隱私和國際標準化等問題。優點是標識的體積比較小，造價比較低，但是作用距離近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系統之中。 超寬帶技術。超寬帶技術是一種全新的、與傳統通信技術有極大差異的通信新技術。它不需要使用傳統通信體制中的載波，而是通過發送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據，從而具有GHz量級的帶寬。超寬帶可用于室內精確定位，例如戰場士兵的位置發現、機器人運動跟蹤等。 超寬帶系統與傳統的窄帶系統相比，具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優點。因此，超寬帶技術可以應用于室內靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤與導航，且能提供十分精確的定位精度。 Wi-Fi技術。無線局域網絡(WLAN)是一種全新的信息獲取平臺，可以在廣泛的應用領域內實現復雜的大范圍定位、監測和追蹤任務，而網絡節點自身定位是大多數應用的基礎和前提。當前比較流行的Wi-Fi定位是無線局域網絡系列標準之IEEE802.11的一種定位解決方案。該系統采用經驗測試和信號傳播模型相結合的方式，易于安裝，需要很少基站，能采用相同的底層無線網絡結構，系統總精度高。 芬蘭的Ekahau公司開發了能夠利用Wi-Fi進行室內定位的軟件。Wi-Fi繪圖的精確度大約在1米至20米的范圍內，總體而言，它比蜂窩網絡三角測量定位方法更精確。但是，如果定位的測算僅僅依賴于哪個Wi-Fi的接入點最近，而不是依賴于合成的信號強度圖，那么在樓層定位上很容易出錯。目前，它應用于小范圍的室內定位，成本較低。但無論是用于室內還是室外定位，Wi-Fi收發器都只能覆蓋半徑90米以內的區域，而且很容易受到其他信號的干擾，從而影響其精度，定位器的能耗也較高。 ZigBee技術。ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，它介于射頻識別和藍牙之間，也可以用于室內定位。它有自己的無線電標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調通信以實現定位。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。ZigBee最顯著的技術特點是它的低功耗和低成本。 除了以上提及的定位技術，還有基于計算機視覺、光跟蹤定位、基于圖像分析、磁場以及信標定位等。此外，還有基于圖像分析的定位技術、信標定位、三角定位等。目前很多技術還處于研究試驗階段，如基于磁場壓力感應進行定位的技術。 不管是GPS定位技術還是利用無線傳感器網絡或其他定位手段進行定位都有其局限性。未來室內定位技術的趨勢是衛星導航技術與無線定位技術相結合，將GPS定位技術與無線定位技術有機結合，發揮各自的優長，則既可以提供較好的精度和響應速度，又可以覆蓋較廣的范圍，實現無縫的、精確的定位2012年11月20日，中國北京訊高通技術公司(QTI)日前宣布，其旗下聯網和連接技術子公司高通創銳訊(Qualcomm Atheros)與全球網絡巨頭思科公司正在密切合作，加快為采用思科無線基礎設施的公共和私人場館提供室內定位服務，為業主、應用開發者、移動設備和網絡OEM及消費者提供前所未有的一系列益處。高通IZat室內定位服務平臺與思科“互聯移動體驗(Connected Mobile Experience)”解決方案相結合，將改善室內定位精度，在某些世界領先的零售店、旅游場所和酒店中實現服務發現和情境感知功能。思科在企業無線解決方案中的領導地位與高通在移動技術中的領導地位強強聯合，將加速市場采用這些技術，促進科技創新以發展室內定位生態系統。許多聯網的消費者依賴移動設備和基于位置的應用獲得信息，實現交互，獲得情境內容相關服務。但是，這些消費者的絕大部分應用和服務在城市環境和室內都面臨著挑戰，因為在這些環境中，衛星系統不能提供位置數據。高通創銳訊和思科攜手，重點加快更精確的室內定位功能的實現，保證各自解決方案的互操作性，以增強服務發現能力，提供更好的情境感知功能，在世界領先的場所提供更好的體驗。高通創銳訊定位產品和技術副總裁Cormac Conroy表示：“通過在任何環境中提供更準確的附近有誰和有什么的信息，高通創銳訊正在增強移動體驗。我們正與思科合作，建設一個由可以互操作的定位技術組成的生態系統，為移動OEM、運營商和場所推出基于定位服務的創新機會，為其服務的客戶提供相關適時信息，只需基于高通 驍龍(Snapdragon)處理器的智能手機位于采用移動服務引擎的Wi-Fi網絡附近或范圍內?！比蛞苿泳W絡運行的采用高通創銳訊定位技術的設備出貨量已經超過10億部。高通創銳訊最近增強了其IZat定位平臺，可以在大樓內部實現更精確的定位(3-5米范圍內)，使得室內定位技術對消費者更加實用。通過克服室內定位的傳統挑戰，高通創銳訊和思科以及整個行業距實現在任何環境中提供永遠在線的位置識別服務的目標又邁進了一步。思科的互聯移動體驗為整合室內定位技術和實時分析技術、實現個性化移動服務和內容，提供了首款Wi-Fi Passpoint (HotSpot 2.0)解決方案。這一解決方案基于思科移動服務引擎，是業內唯一能夠利用現有接入點設施，為移動設備確定室內位置的技術。通過這一解決方案，應用開發者可以利用這些情境景信息，部署可以更有效留住客戶的移動應用和服務。思科無線網絡事業部副總裁兼總經理Sujai Hajela表示：“我們想利用目前傳統室外導航的普及及滲透，把它擴展到世界各地的室內場所中。通過結合移動定位領導者 高通創銳訊的優勢，以及我們在WLAN網絡技術中的領導地位，我們可以為各行各業中的客戶創造新的機會，如零售、酒店、娛樂、旅游、醫療等行業。雙方的共同合作，將使得企業能夠利用網絡智能，發現額外的收益機會?！彼伎坪透咄▌撲J訊將攜手在使用思科網絡設施和基于高通技術的手持設備的場所中提供差異化的室內定位體驗，加快世界著名場所在移動設備上實現室內定位基于WiFi的室內定位系統2012年05月25日 09:56來源：本站整理作者：灰色天空我要評論(0)標簽：WIFI(121)室內定位(2)1. 引言目前全球定位系統( GPS , GlobalPositioning System)是獲取室外環境位置信息的最常用方式。近年來，隨著無線移動通信技術的快速發展，GPS 和蜂窩網絡相結合的A-GPS(Assisted Global Positioning System)定位方式在緊急救援和各種基于位置服務(LBS,Location-Based Services)中逐漸得到了應用。但由于衛星信號容易受到各種障礙物遮擋，GPS/APGS 等衛星定位技術并不適用于室內或高樓林立的場合，目前無線室內定位技術迅速發展，已成為GPS 的有力補充。一般來講，使用無線信號強度獲取目標位置信息的過程，就是建立無線信號強度和位置信息穩定映射關系的過程。現有室內無線定位系統主要采用紅外、超聲波、藍牙、WiFi(Wireless Fidelity)、RFID(Radio FrequencyIdentification)等短距離無線技術。其中基于WiFi 網絡的無線定位技術由于部署廣泛且低成本較低，因此備受關注。其中由微軟開發的RADAR 系統是最早的基于WiFi 網絡的定位系統。它采用射頻指紋匹配方法，從指紋庫中查找最接近的K 個鄰居，取它們坐標的平均作為坐標估計。本文同樣基于WiFi 網絡，設計和實現了一種無線室內定位系統，但與上述定位方法不同，本文采用了基于權值選擇的定位算法，在一定程度上減少了RSS.信號隨機變化引起的定位誤差，實驗結果表明，該系統可獲得較好的定位精度(4 米)。2. 系統設計本系統可為移動終端客戶在展館、商場、校園等應用場景提供定位服務。鑒于移動終端受到計算能力、存儲容量和電池電量等諸多限制，所以僅完成簡單的信號采集工作，定位計算由定位服務端完成。定位系統的架構體系如圖1 所示。服務端主要負責定位計算和響應終端的定位請求。基于負載均衡考慮，響應位置請求的Web 服務器和運行定位計算的定位服務器分離，數據交換方式采用客戶端和Web 服務器相同的數據交換方式?？蛻舳艘栏接诰唧w對象，主要負責采集周邊AP 的無線信號強度，并向服務端提交信號特征，服務器使用客戶端采集的信號特征進行定位計算，獲得移動終端的位置估計。客戶端和服務端通信采用標準的HTTP協議，編程方便，可擴展性好，客戶端程序功能可根據需要進行擴充。圖1 定位系統網絡結構圖2 為本定位系統的信息交互流程圖。移動終端向Web 服務器提交GET 請求，GET 請求中包含了信號強度特征向量，Web 服務器收到請求后，以同樣的方式傳達給定位服務器，定位服務器查詢數據庫，并進行相關的定位運算操作，從而得到移動終端的位置估計。圖2 移動終端與服務器間的信息交互3. 系統實現3.1. 客戶端設計本系統客戶端采用Android 系統手機。Android 系統是Google 在2007 年發布的基于Linux 平臺的開源手機操作系統。近年來，基于此平臺的手機市場占有率不斷提高，加上其良好的開放性和豐富的API 接口，可以很方便地開發各種應用程序。3.1.1. Android 系統架構簡介Android 系統架構見圖3,它建立于Linux內核之上，包含了各種設備驅動和管理模塊，囊括了非常齊全的類庫和框架，包括輕量級數據庫SQLite、瀏覽器Webkit 等。整個系統建立在Dalvik 虛擬機上，應用程序使用Java 語言編寫。Android 系統提供了豐富的框架(活動管理、位置管理等)來管理系統的軟、硬件資源，整合了常用的應用程序(聯系人、電話本等)，并開放了很全面的API 供用戶使用，整個平臺具有良好的開放性和擴展性。圖3 Android 系統架構圖3.1.2. Activity 生命周期Android 系統上運行的應用程序一般包含一個或多個Activity,主要由活動管理器進行管理，Activity 是Android 系統分配和管理資源的基本單位。每個Activity 都有其對應的生命周期(圖4)。圖4 Activity 生命周期onCreate()方法在活動開始時調用，并依次調用onStart()方法和onResume()方法，Activity 處于運行狀態，如有新活動啟動，則調用onPause()，活動轉入后臺;如內存不足，活動進程則被關閉。退出程序則會依次調用onStop()和onDestroy()。活動管理器對Activity 的管理體現在不同生命周期對以上幾個方法的調用上，用戶可根據自己的需要重載這幾個方法。一般來講，主程序類繼承Activity 類，用戶的功能代碼在重載這些方法中實現。3.1.3. 獲取周邊AP 信號強度本文采用基于射頻指紋的定位方法，移動終端需要獲得周圍AP 的RSSI 指紋特征，Android 系統提供的接口可以很方便地實現這一功能。參見圖5 示例代碼片段。首先建立包含響應掃描結果的接收器(reciever) 并重載onReceive()方法，此方法即為收到WiFi 信號的回調函數，用戶自定義功能在此實現;再通過registerReceiver()方法將receiver 向Android 系統進行注冊，getSystemService()方法用于獲得操作WiFi 設備的句柄;最后用startScan()方法啟動掃描，當獲得掃描結果后，系統會觸發注冊的回調函數，完成用戶代碼功能。圖5 掃描示例代碼實驗結果表明，從給出掃描指令，至接收到掃描結果，耗時約400-500ms,考慮到后臺服務器算法運算及網絡通信開銷，定位過程耗時將超過500ms.3.1.4. 程序流程從程序的功能來看，客戶端需完成3 個功能：定期掃描并獲得周圍AP 的信號強度指紋特征，向服務器提交指紋特征信息，得到定位結果后更新界面顯示。程序流程如圖6 所示。首先程序初始化并建立更新回調函數，獲得WiFi 服務句柄后注冊此回調函數，最后啟動掃描進程周期掃描，直至系統結束程序。其中，回調函數首先獲取掃描結果，并格式化為字符串，然后通過GET 請求提交給服務端，獲得定位結果后再更新顯示界面。圖6 程序流程圖3.2. 服務端軟件設計3.2.1. Web 服務器Web 服務器用于對外通信，接收外界的請求，并返回相應的位置信息。Web 服務器運行Apache Tomcat 6.0.20,響應網絡的定位請求，相應的軟件設置參數為：在%TOMCAT_HOME%webapps 目錄下建立目錄：ExServletWEB-INF,建立web.xml描述文件和classes 文件夾，web.xml 文件是描述文件，classes 存放后臺處理的類文件。web.xml 中定義了外部引用此服務的名字和對應的類文件，內容片段見圖7。圖7 web 服務器web.xml 代碼片段3.2.2. 定位服務器定位服務器用于運行算法，硬件配置參數為，CPU:Intel Core2 Duo E7500 2.93GHz,內存：2G,網卡：Marvell Yukon 88E8057 PCI-EGigabit Ethernet Controller.軟件配置參數為，操作系統：Windows XP Professional SP3,Web服務器：Apache Tomcat 6.0.20.相應的軟件配置參數與web 服務器類似，web.xml 中代碼片段見圖8.圖8 定位服務器web.xml 代碼片段目前唐恩科技又推出準UWB產品-iLocateWSN定位系統 iLocateTM WSN實時定位系統采用自主開發的準UWB產品，實現P-RTLS的性價比最優化。該系統能夠運用于傳統的工業環境，以及諸如資產監管等亞米級的定位場合，并達到60cm的2D定位精度；系統包含三部分：有源標簽、傳感器基站以及iLocateTM軟件平臺。在該系統中，標簽與定位傳感器之間進行基于TOF(Time of Flight)算法的雙向到達時間運算，并精確計算出標簽與傳感器的距離；系統運用多個傳感器的測量數據來獲取、分析標簽的空間位置，最終將該信息傳輸給相關信息系統。iLocateTM WSN定位系統傳感器基站按照蜂窩單元(Cell)的形式進行組織，并支持標簽在同一空間坐標系下不同定位單元間漫游；每個定位單元中，主傳感器通過工業現場總線或以太網將標簽位置發送到iLocateTM定位平臺，并進行實時的位置信息處理。該系統完全符合國際RTLS行業標準(ISO/IEC24730)。三、 系統構成 iLocateTMWSN作為唐恩科技自主開發的準UWB定位產品，該系統包含三個組成部分：傳感器基站Base,有源定位標簽Tag和定位平臺iLocateTRM。 1，基站BASE 定位基站傳感器是一種精密測量儀器，由定位模塊陣列、高性能處理器和供電系統組成。定位模塊接受處理器的控制指令，并將定位數據傳給處理器，處理器將定位數據進行綜合處理后，通過工業系統總線或者以太網傳給iLocate服務器。參數指標尺寸重量：尺寸20cmX13cmX6cm 重量 350g 工作頻率：2.4GHZ 工作條件：溫度 -20-60（標準） 濕度 0-