室内定位与导航系统的精确定位技术研究

室内定位技术

GPS是通用定位技术，但其有很明显的缺陷――室内不能定位，无法满足室内导航的要求，因此如何弥补GPS室内定位的缺陷成为急需解决的问题。室内定位技术针对上述问题进行室内环境中位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。随着智能手机的普及，以及移动互联网的发展，地图与导航类软件将进入一个新的时代――室内导航。近几年来，包括谷歌、微软、苹果、博通等在内的一些科技巨头，还有一些世界有名的大学都在研究室内定位技术。

本书面向室内精确定位所带来的挑战，总结了自GPS技术出现以来我们几十年研究工作与室内定位需求之间的差距；内容涵盖了室内定位的基本技术，讨论了GPS、TDOA和RSSI等现有的定位系统，讲述了芯片、软件、算法和体系结构等重要定位实现细节，指出了终端到终端的覆盖范围与方式存在的问题。本书共7章。1.引言；2.通讯技术；3.射频定位；4. 全球定位系统（GPS）；5. 非无线电室内定位系统；6.一些现实室内定位系统；7.定位市场。

本书阐述了近期定位技术与需求市场的实际发展情况，分析了不同研究领域如芯片、信号和图像处理、无线通讯和软件等在定位研究中的贡献，每个章节讲述一个室内定位的具体内容，是从事室内定位技术研究人员以及相关领域研究生的重要参考书。

作者Subrata Goswami博士是Stealthmode系统公司的工程管理人员，致力于开拓Stealthmode系统移动无线空间新技术。

杜利东，助理研究员

（中国科学院电子学研究所）

Du Lidong，Assistant Professor

（Institute of Electronics，CAS）

高精度室内定位技术-UWB

高精度室内定位技术-UWB

先来了解一下定位是怎么工作的。定位的核心技术其实是测距。给定空间中已知三点的具体坐标，和一个未知点到三点的距离，即可算出未知点的坐标。这通常叫做 三边测量定位算法。三边测量定位的几何理解非常简单。

以三个已知点和距离作三个圆，他们交于同一个点，这个点的坐标就是测量点的坐标。然而这是一个理想情况，实际由于测量精度的限制，实际上他们通常交不到一

个点上 ，交出来的是一块有面积的东西。这块面积的大小就是定位精度。当然我们可以通过 更多组的测量 使得相交的面积进一步减小以提高精度。

在这样简单易行的算法的支持下，我们就将定位问题 转化为了测直线距离问题，如何精确计算一个已知点到未知点的距离。GPS的解决方案非常简单粗暴。GPS的本质是一个 授时系统，也就是告诉你卫星发出这个信号的时候是几点几分几秒几毫秒几微秒。而从 GPS到地面有一定距离，无线电波在空气中以光速传播，等传到终端上是已经过去了几微秒，所以我们只要乘上光速就能知道终端到这颗星的距离了。一个要克服的问题是终端的时间并不一定很精确，但如果我们可以通过几颗星之间 两两差值 来算出本地应该有的时间。通过十几颗星一起授时进行修正，最后能很好将精度控制住。提高精度的方法也很粗暴，提高授时精度即可。

这样的模型放在室内定位的时候会遇到什么问题呢？

1、距离太短，时间难测。由于室内定位距离太短，要知道光速是 299,792,458 m/s，跑几米的时间太短了，根本测不精准。所以如果想继续通过授时的方法解决问题，无线电波通常是不靠谱的。当然也不是没有解决方案，比如速度慢得多的声波，一个解决方案就是超声波定位，这个可以是主动等回波来测量，或者被动授时测量，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，设计起来非常捉急。

2、信号遮挡，波长难选。同样无论用超声还是无线电都会遇到这个问题。波长长了，能绕过障碍物，但接收很困难，毕竟手机上不能捆个大锅盖（绕过障碍物 =绕过终端设备）。波长短了，信号很容易被遮挡，导致收不到信号。

基于视觉SLAM技术的室内定位与导航系统设计

在现代社会，地图几乎是人们出门必备的工具之一，而对于室内空间的定位和导航，市场上的产品相对较少，同时也存在一些缺陷和不足。由于GPS信号在室内受到限制，而传统的惯性导航技术存在漂移等问题，基于视觉SLAM技术的室内定位与导航系统逐渐成为了新的研究热点。

一、视觉SLAM技术的简介

SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)即同时定位和地图构建技术，是智能机器人、自动驾驶等领域的关键技术之一。视觉SLAM技术基于计算机视觉和机器人学，利用摄像头或者激光雷达等传感器，通过拍摄环境中的图像和测量距离信息，实现对室内环境的三维建模和定位。

二、视觉SLAM技术在室内定位与导航中的应用

1. 建立室内地图

视觉SLAM技术通过拍摄环境中的图像，提取图像特征点，进而确定相机在三维空间中的位置。而相机的位置和特征点的位置关系，可用于构建室内地图。在建立室内地图的过程中，需要进行地标点的建模，即将环境中的物体转化成计算机可读取且有意义的数据。这样就可以在之后的室内导航过程中快速定位和辨识，提高系统的定位精度。

2. 室内路径规划

室内路径规划是指在已知室内地图的情况下，给定起点和终点，计算出最短路径或最优路径。在计算路径之前，需要先将地图拆分成一系列节点和边，然后利用搜索算法和最短路算法进行路径规划。视觉SLAM技术可以帮助快速获取室内地图，并提供精准的定位信息，从而实现更精确的路径规划。

3. 实时定位和导航

实时定位和导航是指在人员或者设备在室内移动时，通过SLAM技术实时获取当前位置，并提供导航指引，以达到快速准确的导航目的。通过联合使用相机、IMU、里程计等传感器，可以更加准确地获得室内位置信息，从而实现更加精确的导航。

三、视觉SLAM技术的挑战与解决方案

视觉SLAM技术在室内定位与导航中的应用，面临着如下挑战：

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LBS技术之室内定位和导航技术

刘丽点击:378次

在较早的时候人们就意识到GPS存在缺陷，例如它无法在室内正常工作。假如我们遭受袭击或是被困在某处时，救援人员就无法确定我们的位置。不过，现在已经有一些公司正在致力于不

我们经常会在路上听到或看到有关导航和定位的信息，但什么是“室内定位”呢?在一些GPS无法工作的环境(如建筑物内部)中，你将用什么工具来寻找路线呢?如果遭受灾难袭击或者被困在某处时，救援人员如何发现你呢?

新的技术为室内定位提供可能

5年或者10年以前，业界就已经意识到GPS存在缺陷，例如它无法在室内正常工作(在这种环境中，GPS定位很慢甚至不可能，而且不够准确)。E911政策要求移动运营商定位用户手机必须达到一定的精度。这些运营商是第一个遇到这些问题的人。

国际室内定位技术的发展

Skyhook和Navizon都是Wi-Fi定位的领军企业。接下来，他们正在准备融入更为广阔的定位技术和服务，即不断地与GPS芯片制造商或者原始设备制造商(OEM)进行合作，例如苹果公司(Skyhook已嵌入到iPhone中)。移动运营商也已经意识到Wi-Fi定位将极大地缩短首次定位时间(TTFF)，仅使用GPS的话，首次定位时间可能会大于1分钟;使用A-GPS，首次定位时间可缩短到12秒;如果使用Wi-Fi，这一时间仅为2秒。因此，对于iPhone手机用户而言，70%的定位服务都是通过Wi-Fi定位来实现的，而并非GPS。

Rosum公司是由一些GPS架构师创办的，他们深知GPS无法在室内正常工作，因此希望找到一种替代方案。该方案利用数字式电视基站技术实现定位，通过为电视信号嵌入时间码，从而获取用户的位置信息。在过去的几年里，Rosum公司一直在致力于生产一种小到可以嵌入设备的芯片。该芯片对于手机而言还是显得有些大，不过将其电视芯片嵌入笔记本电脑中已经不成问题。

室内定位技术的应用前景