浅谈各种定位技术对比

蜂窝移动网络定位技术

随着第二代、第三代到第四代移动网络通信长期演进(Long Term Evolution,LTE)定位技术的发展，基于基站的蜂窝移动网络定位技术的精度得到了较大提高;第五代移动网络通信技术协议投入商用对室内定位领域是一个巨 大的契机，其密集组网技术也使得基站定位具备广阔的应用前景和发展空间。蜂窝定位技术可以便捷使用搭建的基础设施，依靠移动通信系统的体系结构和传输信息实现用户的位置坐标推算。利用室内可直按测得的无线电通信信号，与WiFi、蓝牙、UWB技术相同，既可基于信号强度使用传统的位置指纹匹配方法，也可以进行TOA、TDOA、AOA等测距方式测量。蜂窝移动网络定位技术依赖通信基站，与基站密度密切相关:虽然室内信号受基站输出功率的动态调整和非视距传播效应的影响，定位精度不高，但在室内外无缝定位需求下，可作为普适化的室内外坐标- -体化的定位方案。

其他室内定位技术

1）伪卫星定位技术。 伪卫星是指安装在地面附近的能够发射类似于GNSS信号的装置，其本质是-一个GNSS信号模拟器，可以作为室内环境中对GNSS信号的补充。伪卫星技术定位的规模化难度比较低，同时定位精度为亚米级，能够满足大多数时候的定位需求，但是较高的基站部署成本使该技术停留在专业领域，尚未投入市场使用。目前国内上海交通大学、中国电子 科技 集团公司第54研究所也对伪卫星技术进行了深入的研究，对伪卫星的组网配置方案进行了详细的研究和分析，共同探讨伪p星独立组网配置方案的可行方案。

2)基于天然信源的室内定位技术。 基于天然信源的室内定位技术是指利用传感器将某此与位置相关的天然信源转换为可用于定位的信号以实现定位，例如，惯性导航技术利用惯性传感器感知载体的运动状态:地磁导航技术利用地磁传感器获取当前位置的磁场特征:气压计测高技术利用气压计测量当前位置的气压等。

3)惯性定位。 惯性导航技术是基于惯性测量单元(Inertial MeasuremenUnis, IMU)对状态进行预测，具体是利用加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器对前一时刻的位置信息进行处理，得到当前时刻的相对位置。随着传感器的消失型集成化与低成本，近些年来IMU被广泛应用于室内定位导航。惯性导航系统基于航位推算方法实现终端的定位，具备较强的自主性，短时间内的定位精度连续性非常高;但定位导航精度极大地受限于器件成本，且不可避免地随着时间的推移产生累积误差，需要借助外界定位信息源不断地对位置推算进行校准准。零速校正是惯性导航技术中的一种误差补偿技术， 可以有效控制长时间的累积积分误差，提高系统精度。

4)地磁定位。 地球的磁场特性最先被广泛用于航海和军事等室外定位。地磁定位同样可以采用指纹匹配的方法，通过事先采集并构建精确的地磁指纹数据库，利用传感器获取人员当前位置的磁场数据，将实时数据与地磁指纹库基准备数据精确匹配获得最佳估测值，从而实现人员在指定区域中的定位。由于地球磁场分布方向的原因，室内采集到的地磁3轴数据本质上只具备2个维度的指纹信息，大型建筑物的室内地磁特征差异不明显，在传统的室内区域栅格化指纹路匹配方法中表现不佳，因此室内地磁信息多用于室内定位的多源信息融合，与惯性导航系统组合使用，起到辅助和误差纠正的作用。

5)多源融合定位技术。 上文介绍的各种定位技术各具优势和局限性，例如如，WiFi、 蓝牙和UWB信号属于射频信号，易受多径效应的影响;惯性导航虽不依赖外置信源，但定位误差会随时间累积。目前，国内主流的室内定位方法是根据场景需求及各类室内定位技术的特点，选择2种及以上的定位技术进行融合以获得当前位置的最优估计。融合方法有松耦合和紧耦合两种方法，两者的区别在于:松耦合需要各类传感器提供定位结果，而紧耦合需要各类传感器直接提供观测信息;松耦合易于实现，但要求各类传感器均输出定位结果，紧耦合与松耦合相比实现难度大，但各类传感器只需提供观测信息即可。信息融合理地实现依赖滤波算法，如卡尔曼滤波、无迹滤波和粒子滤波，目前工程应用多采用卡尔曼滤波器。融合定位的信息源可以是多种多样的，如GNSS信号、加速度计/陀螺仪、基站信号、WiFi、 蓝牙、气压计、地磁、视觉、室内地图等;但融合定位模型和方案同样需要考虑室内定位结果的精度和可靠性:多种信息的协同融合可以带来精度的提升，同样可能会导致灾难性的定位失准。获得传感器数据后需要对更多来源信息进行预处理以剔除原生和融合噪声，从数据中提取特征后要根据不同应用情景、设备条件和具体需求进行特征级融合，赋予不同的权重，结合地图信息和各种状态估计滤波算法后进行决策级融合。随着室内定位技术的不断进步，定位精度也逐渐提高到米级甚至亚米级，开始迈入消费级市场的水平。下表所示为不同室内定位技术的对比情况