室內定位勢起，知名廠商方案面面觀 - 全文

　　對于GPS，相信大家都很了解。作為一種導航技術，GPS為全球的人類解決了“行路難”的問題。但這種導航方式有兩個缺點：一就是不能在室內定位；二是導航精度不夠高。但由于室內定位技術有著極大的應用場景，例如在大型商場里面借助室內定位快速找到出口、電梯，家長用來跟蹤小孩的位置避免小孩在超市中走丟，房屋根據你的位置打開或關閉電燈，商店根據用戶的具體位置向用戶推送更多關于商品的介紹等等。所以繼GPS等導航以后，室內導航成為各大廠商關注的重點。

　　而在過去的十多年，科技巨頭和研究機構也的確在室內定位技術方面開展了大量的研究，例如比較成熟的包括藍牙、WiFi、RFID、Zigbee、超寬帶、地磁等技術。但是，復雜室內環(huán)境下的多徑效應、同頻干擾、人體遮擋始終是研究者面臨的最大難題。但近年來隨著谷歌、蘋果和諾基亞等公司的推動，室內導航獲得了跨越式的發(fā)展。下面讓我們對市面上流行的方案做一個盤點。

　　蘋果借助iBeacon打造的室內定位

　　iBeacons 是基于 Bluetooth LE 技術，全稱為 Bluetooth Low Energy，又可簡稱為 BLE。低功耗藍牙由諾基亞在2001年開始研發(fā)，其目的是為了發(fā)展一套相容于標準藍牙，并且在功耗與制造價格上能進一步優(yōu)化的標準。2004年Nokia發(fā)布了低功耗藍牙標準，2006年以Wibree技術的品牌名稱首度問世，2007年與藍牙技術聯盟達成協議，納入標準藍牙并正式定名為低功耗藍牙。它的工作范圍最遠可至150英尺（約45米）。

　　目前基于iBeacons的室內無線定位方法有：接收信號強度定位法、到達時間定位法、接收信號角度定位法、參考點定位法。

　　接收信號強度定位法

　　接收信號強度定位法是通過信號強度和已知信號衰弱模型來估計接收點與待測點的距離，根據多個接收點距待測點的距離值畫出圓，多個圓的重疊部分就是待測物體。在移動裝置中，接收信號強度常用接收信號強度指標RSSI來表示，在理想環(huán)境中這種方式可以獲得較為精確的定位。然而RSSI受信號反射、散射、繞射等多重路徑衰減與遮擋影響非常嚴重，實際上存在較大誤差。

　　到達時間定位法

　　到達時間定位法和接收信號強度定位法類似，只不過計算接收點和測量點之間的距離是采用無線信號傳播時間乘以無線信號傳輸速度。由于無線信號傳播速度是30W km/S。這就要求待測點和多個接收點之間要有非常精確的時間同步。然而高精度時間獲取成本非常昂貴，即使微秒級的時間誤差也會造成數百米的距離誤差。因此在短距離定位上誤差較大。

　　接收信號角度定位法

　　接收信號角度定位法的工作原理是利用定向天線量測出信號來源方向，多個接收點同時按照接收角度畫出直線，直線的交點就是目標位置。信號角度定位法的優(yōu)點是不需要每一個接收天線都做時間同步，誤差來源主要是角度解析的誤差。在距離越遠的時候角度解析的誤差影響越大，同時由于信號反射和折射可能造成最終計算出來的被測點是發(fā)射點而不是被測物體本身。另外由于定向天線的制作對測量角度的計算影響較大在實際應用中會比較麻煩。

　　本文選自電子發(fā)燒友網8月《無線通信特刊》特別聚焦欄目，轉載請注明出處！
　　

　　諾基亞的HAIP技術方案

　　HAIP的室內精確定位解決方案采用基于藍牙的三角定位技術，除了使用手機的藍牙模塊外，還需部署藍牙基站，最高可以達到亞米級定位精度。

　　據諾基亞的介紹，在建筑物內安裝多個定位設備，組成一套室內定位系統(tǒng)以后，手機便可以接收這個系統(tǒng)發(fā)出的信號，用來確定自己的位置。這套定位系統(tǒng)的好處是，它使用 2.4GHz 的頻率，和藍牙、WiFi 是相同的頻率，因此現有的手機不需要添加額外的天線，它完全兼容于市面上的手機，用戶只需要在手機上安裝一個新開發(fā)的定位軟件就好了。更重要的是，這種短距離的定位信號能夠把功耗控制在一個很低的水平，它所需要的能耗，只是接收普通 GPS 信號的三十分之一。

　　GPS 依賴于三角測量法，也就是說，你必須接收多顆 GPS 衛(wèi)星的信號才能確定位置，搜星數越多越精確。但是室內定位系統(tǒng)就不一樣，你只需要接收到一臺發(fā)射器的信號，就能確定位置——手機上的定位軟件還能夠計算出手機與發(fā)射器之間的角度。那么，一臺發(fā)射器能覆蓋多大的范圍？答案是 200 平米。

　　當然，手機軟件也可以接收并處理多個發(fā)射器的定位信號，從而提高定位精度，這跟 GPS 很相似。上圖就是諾基亞會場上展示的定位圖。

　　由于藍牙基站的不普及，這樣就造成室內精確定位成本較高，相信諾基亞在接下來要著重解決這些問題。

　　谷歌GPS對室內導航的進攻

　　谷歌在其手機地圖6.0版的時候已經在一些地區(qū)加入了室內導航功能，此方案主要依靠GPS（室內一般也能搜索到2～3顆衛(wèi)星）、WiFi信號、手機基站以及根據一些“盲點”（室內無GPS、WiFi或基站信號的地方）的具體位置完成室內的定位。但目前此方案的精度還不是很滿意，所以谷歌后來又發(fā)布了一個叫“Google Maps Floor Plan Marker”的手機應用，號召用戶按照一定的步驟來提高室內導航的精度。

　　另外，谷歌一直在努力解決兩個問題：獲取更多的建筑平面圖；提高室內導航的精度。建筑平面圖是室內導航的基礎，就如同GPS車用導航需要電子導航地圖一樣。谷歌目前想通過“眾包”的方式解決數據源的問題，就是鼓勵用戶上傳建筑平面圖。另外，用戶在使用谷歌的室內導航時，谷歌會收集一些GPS、WiFi、基站等信息，通過服務器進行處理分析之后為用戶提供更準確的定位服務。

　　高通IZat –實現精準的室內定位

　　高通IZat 室內定位軟件首次在高通最新的驍龍? S4處理器上亮相，包括MSM8960 Pro、APQ8064及MDM9x15。不管是開放環(huán)境還是封閉環(huán)境，與現有的平臺相比，IZat室內解決方案的精度提高了10倍多。增強的IZat定位平臺可以在大樓內部實現更精確的定位功能（3-5米范圍內），以確保最佳的消費者體驗。此外，安卓系統(tǒng)的驍龍軟件開發(fā)工具包現在包括多種工具和API，提供了獨特的定位功能，簡化了為驍龍設備開發(fā)基于室內定位應用的工作。

　　除增強移動設備的定位功能外，IZat定位平臺還給WiFi網絡技術客戶提供位置感知的基礎設施技術。高通創(chuàng)銳訊最新的802.11ac和802.11n接入點解決方案擁有領先的基于WiFi的定位計算技術，可以利用更高的精度確定位置。

　　高通公司另外有Gimbal（萬向）傳感器（也被稱作“近距信標”）方案。這款傳感器作為高通公司情境感知平臺主打產品，可以讓商家使用藍牙來構建基于位置的營銷系統(tǒng)。例如，零售商可以實時看到顧客進入商店的軌跡。

　　開發(fā)者可以利用這款芯片開發(fā)短距追蹤的應用移動應用程序。當用戶在物理上接近商家設置的信標并檢測到相關信息，應用程序可以告知用戶此位置相關的內容，比如促銷活動、折扣等。

　　信標使用藍牙智能技術與50米范圍之內的智能手機和平板電腦進行通信。為了讓商家更容易的集成Gimbal（萬向）傳感器，高通公司專門開發(fā)了一個SDK（軟件開發(fā)套件）。目前僅支持iOS平臺，但計劃在未來支持Android平臺，這款SDK還包括一個管理平臺。

　　總結

　　室內導航技術的理念非常人性化，但是真正體現在客戶體驗方面，是否真的可以做到好用又實用呢？從目前室內導航的發(fā)展現狀來看，它所提供的基準定位并不準確，還有很大程度上需要完善。相信在眾多工程師的努力下，室內定位能給我們帶來全身心的體驗。