硬件电路设计之“定位技术简介”

[导读]本文主要介绍常见的一些定位技术，主要分为室内定位和室外定位。目前应用于室外定位的主流技术有卫星定位和基站定位等。卫星定位即是通过接收卫星提供的经纬度坐标信号来进行定位，卫星定位系统主要有：美国的全球定位系(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)、欧洲的伽利略(GALILEO...

本文主要介绍常见的一些定位技术，主要分为室内定位和室外定位。

目前应用于室外定位的主流技术有卫星定位和基站定位等。卫星定位即是通过接收卫星提供的经纬度坐标信号来进行定位，卫星定位系统主要有：美国的全球定位系(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)、欧洲的伽利略(GALILEO)系统、中国的北斗卫星导航(BDS)系统等等。基站定位，也就是常说的LBS（Location Based Service，基于位置服务），基站会不停的对外发射无线电波，定位设备会对不同基站的下行导频信号进行“测量”，得到各个基站的信号TOA（到达时刻）或TDOA（到达时间差）。根据这个测量结果，结合基站的坐标，就能够计算出定位设备所处的坐标值。基站定位的精度并不高，误差大概从100米到上千米。主要误差原因，是来自基站的位置和密度。简而言之，基站数量越多，密度越高，定位精度也就越高。基站和定位设备之间的障碍物越少，定位精度也会有所提升。

室内定位常用的定位方法，从原理上来说，主要分为：邻近探测法、质心法、极点法、多边定位法、场景分析法和航位推算法。

邻近探测法，又称Cell-ID法，利用信号作用的有限范围，确定待测目标是否在某个参考点的附近，但只能提供大概的定位信息，能满足某些应用的要求，定位精度依赖于参考点的分布密度。
质心法，根据信号范围内所有已知参考点的位置计算质心坐标，作为待测目标的位置，可以根据信号强度设置参考点的计算权重，得到权重质心坐标。质心法算法简单，计算量小，精度取决于已知参考点的分布密度。
极点法，根据距离一个参考点的距离和方位来计算待测节点的位置。极点法非常方便，只需根据一个节点进行测量，在大地测量中应用广泛。
多边定位法，通过测量待测目标到参考点之间的距离来计算目标的位置，是应用最广泛的定位算法。常用的测距方法包括基于信号达到时间（TOA）、基于信号达到时间差（TDOA）、基于信号达到角度（AOA）和基于接收信号强度指示（RSSI）。
场景分析法，一般又称为位置指纹定位，在定位空间中采集不同位置发出的信号特征参数建立指纹数据库，通过将实际接收信号与数据库中的信号特征参数进行对比来实现待测目标的定位。指纹定位的优点是所需定位的参考测量点少，定位精度高；缺点是前期工作量大，且不适合环境变化太大的区域。
航位推算是根据预先确定的位置、估计或已知的速度和时间来估计当前的位置，在惯性导航定位中使用，但是精度误差随时间而累积。室内定位中常使用行人航迹推算，PDR技术通过惯性传感器检测人行走的步长、步数和行走方向来进行定位计算。