由于建築物(wù)遮擋等因素，定位精度達到(dào)10米以下(xià)的(de)民(mín)用(yòng)GPS室外(wài)≤定位無法為(wèi)室內(nèi)定位服務提供高(gāo)精度服務。同時(shí)，伴随著(zhe)5G技(jλì)術(shù)的(de)發展，新的(de)編碼方式、波束賦形、大(dà)規模天線陣列、毫米波頻(pín)譜等為(wèi)高(gāo)精度距離(lí)測量提供技(jì)術(shù♠)支持。因此，室內(nèi)定位的(de)研究成為(wèi)無線傳感器(qì)網絡服務的(de)一(yī)個(gè)重要(×yào)分(fēn)支。

通(tōng)常用(yòng)于室內(nèi)定位研究的(de)傳感器(qì)包括：Wi-Fi、藍(lán)牙、RFID、紅(hóng∏)外(wài)、ZigBee等。本文(wén)我們将以RFID技(jì)術(shù)為(wèi)藍(lán)本，向大(dà)家(®jiā)介紹室內(nèi)定位原理(lǐ)。

1.RFID定位原理(lǐ)

如(rú)圖1所示，目前傳統的(de)RFID室內(nèi)定位跟蹤系統是(shì)一(yī)種以計(jì)算(suàn)機(jī)為(wèi)基礎，集合了(le)RFID數(sh>ù)據采集，RFID數(shù)據處理(lǐ)與傳輸、GIS空(kōng)間(jiān)分(fēn)析和(hé)查詢等技(jì)術★(shù)形成的(de)智能(néng)技(jì)術(shù)系統。

圖1 基于RFID的(de)室內(nèi)定位系統結構圖

其定位依據是(shì)結合RFID信号的(de)接收信号強度、相(xiàng)位等參數(shù)，利用(yòng)定位算(suàn)法完成距離(☆lí)和(hé)方位的(de)計(jì)算(suàn)。例如(rú)，Saad等人(rén)通(tōng)過捕獲标簽的(de)相(xiàng)位信息，利用(y≈òng)卡爾曼濾波來(lái)計(jì)算(suàn)标簽的(de)位置[1]。Alippi等人(rén)則是(shì)利用(yòng)安裝在固定位置的(de)讀♦(dú)寫器(qì)天線，通(tōng)過旋轉對(duì)環境中的(de)标簽進行(xíng)掃描，獲得(de)标簽所在的(de)角度範圍及其接收信号強度，并利用(yòng)貝葉斯網絡計(↑jì)算(suàn)标簽的(de)位置[2]。而Choi等人(rén)提出一(yī)種利用(yòng)目标标簽對(duì±)參考标簽的(de)信号強度的(de)幹擾對(duì)标簽進行(xíng)定位的(de)方法[3]。清華大(dà)學劉雲浩教授≠的(de)團隊提出了(le)一(yī)種基于無源RFID标簽信号強度高(gāo)階變換的(de)高(gāo)精度室內(nèi)定位方法，其定位精度可(kě)以到(dào) 厘米級别[4-5]。

2.常見(jiàn)的(de)定位算(suàn)法

2.1 三邊測距法

如(rú)圖2所示，Hightower等提出的(de)SpotON系統[6]是(shì)該類型算(suàn)法的(de)典型代表。系統使用(yòng)3個(gè)或3個(♠gè)以上(shàng)的(de)讀(dú)寫器(qì)作(zuò)為(wèi)基站(zhàn)，記錄每個(gè)讀(dú)寫器(qì)讀(dú)到(d¶ào)的(de)标簽接收信号強度，通(tōng)過三角測距的(de)方法，計(jì)算(suàn)出标簽的(de)位置[7]。

圖2 SpotON系統原理(lǐ)示意圖

2.2 LANDMARC定位算(suàn)法

Landmarc[8]是(shì)近(jìn)年(nián)來(lái)比較熱(rè)門(mén)的(de)RFID定位系統。其主要(yào)思想是(shì)引入了(le)參考标簽。在室內(nèi÷)若幹個(gè)固定位置分(fēn)别部署讀(dú)寫器(qì)和(hé)參考标簽，通(tōng)過比對(duì)參考标簽和(hé)目标标簽的(de)接收信号強度，從(cóng)而推算(s✔uàn)出目标标簽的(de)位置。随後，不(bù)少(shǎo)學者對(duì)Landmarc系統進行(xí§ng)改進以提高(gāo)其定位精度。其中，Jin等人(rén)在Landmarc系統中引入了(le)鄰居節點的(de)概念，以此π提高(gāo)定位的(de)效率[9]。Chattopadhyay等人(rén)則是(shì)通(tōng)過對(duì)參考标簽的(de)排列方式γ和(hé)密度進行(xíng)定量分(fēn)析，指出Landmarc系統的(de)定位效果依賴于标簽的(de)擺放(fàng)方向，需要(yào)标簽都(dōu)按照(zhào)同←樣的(de)方向擺放(fàng)，或者标簽天線自(zì)身(shēn)有(yǒu)著(zhe)良好(hǎo)的(de)全向性[10]。

同時(shí)，該團隊利用(yòng)神經網絡對(duì)Landmarc系統進行(xíng)改進，通(tōng)過預先布置的(¶de)目标标簽和(hé)參考标簽的(de)信号強度，對(duì)神經網絡進行(xíng)訓練，利用(yòng)訓練好(hǎo)的(de)神經網絡，來(lái)計(jì)算(suàn)未知(zhī€)的(de)目标标簽的(de)位置[11]。Choi等人(rén)在系統中引入了(le)一(yī)個(gè)信号強度修正方法，利用(yòng)修正後的(de)目标标簽和(hé)參考标÷簽的(de)信号強度來(lái)進行(xíng)位置計(jì)算(suàn)[12]。香港科(kē)技(jì)大(dà)學的(de)趙戈洋等人(rén)提出了(le)基于虛拟參考标簽的(de€)VIRE(Virtualreferenceelimination)算(suàn)法，通(tōng)過線性插值方式結合實際參考标簽的(de)位置信息和(hé)信号強度，估計(jì₩)虛拟參考标簽的(de)位置信息及信号強度，實現(xiàn)室內(nèi)傳輸環境的(de)細粒度化(huà)[13]。

2.3 到(dào)達時(shí)間(jiān)定位算(suàn)法(TOA)

如(rú)圖3所示，Xu等人(rén)利用(yòng)到(dào)達時(shí)間(jiān)法對(duì)人(rén)員(yuán)的®(de)運動軌迹進行(xíng)跟蹤[14];Wang等人(rén)則是(shì)将L-MUSIC方法與到(dào)達時(shí)間(jiān)法整合，實現(♣xiàn)對(duì)标簽定位[15]。然而，到(dào)達時(shí)間(jiān)法存在一(yī)定缺陷：

(1)由于室內(nèi)定位的(de)應用(yòng)場(chǎng)景通(tōng)常較小(xiǎo)，标簽到(dào)讀(dú)寫器(qì)的(de)距離(lí)較近(jìn)，以電(diàn)δ磁波在空(kōng)氣中的(de)傳播速度，進行(xíng)短(duǎn)距離(lí)測距需要(yào)很(hěn)高(gāoγ)的(de)時(shí)間(jiān)精度;

(2)讀(dú)寫器(qì)和(hé)标簽之間(jiān)需要(yào)精确的(de)同步;

(3)RFID自(zì)身(shēn)較低(dī)的(de)通(tōng)信速率，使得(de)精确的(de)時<(shí)間(jiān)戳(Timestamp)的(de)加入較為(wèi)困難。

圖3 TOA算(suàn)法原理(lǐ)示意圖

除了(le)以上(shàng)提到(dào)的(de)方法之外(wài)，波達角(AOA)、波達方向(DOA)等×室內(nèi)定位算(suàn)法也(yě)是(shì)研究熱(rè)點，能(néng)夠提供較好(♥hǎo)的(de)定位精度。目前，室內(nèi)定位應用(yòng)正處于從(cóng)研究室走向實際應用(yòng)階段，如(rú)香港中↕文(wén)大(dà)學的(de)室內(nèi)定位技(jì)術(shù)在菜鳥驿站(zhàn)中開(kāi)始進行(xíng)應用(yòng)，如(rú)何從(cóng)理(lǐ)論算(s↑uàn)法的(de)研究到(dào)工(gōng)業(yè)生(shēng)産應用(yòng)是(shì)研究學者仍需解決的(de)問(wèn)題。