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闲说无线定位技术

发布时间:2019/1/30 0:00:00 浏览次数:80

     在浩瀚的历史长河中,古人不停地追寻北斗的方向,寻觅茫茫大海的归途。在有限的近代史中,呈现出无限的乐趣,无线技术风起云涌,争奇斗艳。你方唱罢,我登场,各领风骚数十年,其中佼佼者分别为WIFI\BLUE\ZIGBEE\UWB。 

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     一、 WIFI:美女影星的钢琴

     ◆WiFi不得不提起一个女人海蒂拉玛,她真是个奇女子。年少的她迷上了表演,不辞万里到柏林学习表演,样貌标志的她,很快就在好莱坞立足,但成也美貌,败也美貌。她始终活在赫本的阴影下。有人可能会问这跟WiFi有什么关系?其实在海蒂拉玛没有学习表演前,她是学习通信专业的。她的第一任丈夫是个军火商,在那时汲取很多关于通信的知识,她在二战期间通过钢琴的启发,提出了一个概念:通过让无线电信号跳频让无限电制导的鱼雷不受干扰,并取得专利。1940年,海蒂·拉玛与他人一同发明了能够抵挡电波干扰的军事通讯系统,它就是“扩频通讯技术”,也就是CDMA的前身,成了世上首个获“发明界奥斯卡”奖的女科学家。被广泛用于今天的手机、卫星通讯和无线互联网,她因而被后世尊为“CDMA之母”和“WiFi之母”!后来人们通过这个发明手机,WiFi等技术,电信巨头高通也因为这个概念发家。而然她和数学家图灵一样,他们的思想都太多超越,并不当时人们所理解,郁郁而终。


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     把WiFi变为现实的是沙利文,在1990年,澳大利亚科学与工业研究所的射电天文学家沙利文和他的同伴在研究一个课题,如何在一个密闭的空间里,让无线网络的信号传输,和有线网络的信号传输一样快捷稳定。WiFi就这样诞生,由于这是澳大利亚政府出资,所以政府拥有专利权,我们日常生活只要用得上WiFi的产品都得交专利费。作为21世纪最伟大的发明之一,WiFi也让澳大利亚政府挣盆满钵满。沙利文也被澳大利亚人称为WiFi之父。


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     ◆WiFi(Wireless Fidelity),是一种可以将个人电脑、手持设备(如PDA、手机)等终端以无线方式互相连接的技术。WiFi是一个无线网路通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有,目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。WiFi信号最初并不是为定位而设计的,通常是单天线、带宽小,室内复杂的信号传播环境使得传统的基于到达时间/到达时间差(TOA/TDOA)的测距方法难以实现,基于到达信号角度的方法也同样难以实现,如果在WiFi网络中安装能定向的天线又需要额外的花费.

     ◆定位方式一种是通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度,通过差分算法,来比较精准地对人和车辆的进行三角定位。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度,通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库,来确定位置(“指纹”定位),指纹算法相比较三角定位算法精度更高。WiFi定位可以实现复杂的大范围定位,但精度只能达到2米左右,无法做到精准定位。因此适用于对人或者车的定位导航,可以于医疗机构、主题公园、工厂、商场等各种需要室内定位导航的场合。

     小米以及把WiFi模组价格做到十元的价格,进一步推动普及应用。


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     二、 BLUETOOTH:国王的蓝色牙齿

     ◆蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand,因为这个国王非常喜爱吃蓝莓,牙齿总是被染成蓝色,所以得到了Bluetooth这个绰号。当时蓝莓因为颜色怪异的缘故被认为是不适合食用的东西,因此这位爱尝新的国王也成为创新与勇于尝试的象征。

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     ◆蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司,爱立信早在1994年就已进行研发。1997年,爱立信与其他设备生产商联系,并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。 1998年2月,5个跨国大公司,包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组(SIG),他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术,即现在的蓝牙。

     ◆蓝牙4.0实际是个三位一体的蓝牙技术,它将三种规格合而为一,分别是传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙技术,这三个规格可以组合或者单独使用。蓝牙信标技术目前部署的也比较多,也是相对比较成熟的技术。蓝牙跟WiFi的区别不是太大,精度会比WiFi稍微高一点。蓝牙室内定位技术的代表是Nokia,推出了HAIP的室内精确定位解决方案,采用基于蓝牙的三角定位技术,除了使用手机的蓝牙模块外,还需部署蓝牙基站,最高可以达到亚米级定位精度。

     ◆蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、短距离、低功耗,容易集成在手机等移动设备中。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,受噪声信号干扰大且在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵。

 

     三、 ZIGBEE:飞舞的紫峰

     根据国际标准规定,ZigBee技术是一种新兴的短距离、低功耗的无线通信技术,用于传感控制应用(Sensor and Control)。由IEEE 802.15工作组中提出,并由其TG4工作组制定规范。。这一名称(又称紫蜂协议)来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术。2001年8月,ZigBee Alliance成立。相近的技术是Z-WAVE。

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     四、 UWB:八戒的钉耙

     超宽带(UWB)定位技术原为军用雷达技术用在对地探测测距、定位、定向,后发现在精准定位方面有很好的应用,目前UWB技术成为民用室内精准定位的带头大哥。犹如掉入凡间的天蓬元帅,降维用钉耙去耕地了,UWB形状类似钉耙的耙钉。

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     ◆UWB技术最早出现在上世纪60年代,主要用于军事雷达。由于它具有隐蔽性好、传输速率高、系统容量大、功耗低、抗干扰能力强等诸多优势,逐渐应用于通信和定位领域。2002年2月,美国联邦通信委员会(FCC)公布了超宽带无线通信的初步规范,正式解除了超宽带在民用领域的限制。这在UWB的发展史上是划时代的事件,它极大地促进了相关的学术研究,也成为超宽带技术正式走向商业化的一个里程碑。超宽带技术是一种脉冲无线电技术,它与传统的通信技术有很大差异,它不是利用载波信号来传输数据,而是通过收发信机之间的纳秒级极短脉冲来完成数据的传输。FCC将超宽带信号定义为任何相对带宽不小于20%或者绝对带宽不小于500MHz并满足功率谱限制的信号。其中和分别表示功率相对于峰值功率下降10dBm的高端和低端频率。同时FCC为UWB分配了3.1 GHz ~10.6GHz共7.5GHz的频带,还对其辐射功率做出了比FCC Part15.209更为严格的限制,将其限定在-41.3dBm频带内。

     ◆超宽带通信不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,因此具有GHz量级的带宽。由于超宽带定位技术具有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点,前景相当广阔。

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     ◆超宽带的主要优势有,低功耗、对信道衰落(如多径、非视距等信道)不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强(能在穿透一堵砖墙的环境进行定位),在室内或者建筑物比较密集的场合可以获得良好的定位效果,同时在进行测距、定位、跟踪时也能达到更高的精度,应用于静止或者移动物体以及人的定位跟踪,能提供很高的定位准确度和定位精度。从技术上看,无论是从定位精度、安全性、抗干扰、功耗等角度来分析,UWB无疑是最理想的工业室内定位技术之一。 目前主要应用领域为:监狱犯人定位、工厂工人设备定位、养老院老人定位、隧道人员定位、工地施工人员定位等等。

     ◆UWB在中国有种技术叫DACAWAVE ,还有一种叫精位科技JINGWEI

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