目前行业内有哪些比较高精度的室内定位算法和实现

目前行业内有哪些比较高精度的室内定位算法和实现,第1张

精度较高的有几种:红外线室内定位、超声波室内定位、射频识别室内定位、蓝牙室内定位、超宽带室内定位;另外还有wifi室内定位,Zigbee室内定位,这两种定位精度不高,误差比较大
每一种室内定位方案算法都有所区别。
红外线室内定位穿透性比较差,超声波室内定位布局比较复杂,实现难度高,射频识别室内定位抗干扰性差
蓝牙室内定位基于低功耗蓝牙,低功耗蓝牙具有跳频抗干扰特性,穿透性也不错,布局也不复杂,比如天工测控 (SKYLAB)的蓝牙beacon室内定位方案,部署的是SKYLAB开发的硬件基站beacon VG01/02/TD03等等,算法也是SKYLAB开发的室内定位算法,采用基于蓝牙的三角定位技术,室内定位精度可以达到2米。
超宽带定位技术利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置。其定位方案采用UWB超宽带脉冲信号,由多个传感器采用TDOA和AOA定位算法对标签位置进行分析,定位精度高;天工测控目前也在开发这种定位技术,其穿透性、抗干扰性都不错,但是成本比较高。
目前主流的就是上面这些方案

首先是性质完全不同:基站定位是定位他人,卫星定位是自我定位,二者完全不同。
其次是原理完全不同。基站定位是根据手机跟通信基站的信号交换情况对其进行概略定位;卫星定位是接受太空的卫星信号计算出自己当前的位置。
第三是定位精度不同。基站定位是概略定位,误差在百米-千米级;卫星定位基本上是精确定位,误差在10米级。
四是使用权限和目的不同。基站定位只有国家公权力部门有权使用,个人只能在通过运营商征求对方允许后才可以对其定位。卫星定位是对自己定位,个人有绝对的使用自由。

卫星是指围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体。
人造卫星词条一般亦可称为卫星。人造卫星是由人类建造,以太空飞船载具如火箭,航天飞机等发射到太空中,像天然卫星一样环绕地球或其他行星的装置。
往往气体行星的卫星都很多,卫星是环绕一颗行星按闭合轨道做周期性运行的天体。

定位根据使用环境分为室外定位和室内定位两种,其中室外定位主要是靠GNSS模块接收GPS/BDS/GLONASS/GALILEO/QZSS/IRNSS等全球卫星定位系统和区域卫星定位系统的卫星信号,并通过NMEA0183协议,模块串口输出位置信息,继而实现定位。

1、GPS定位

GPS定位是最常见的,它信号好、定位精度高、使用范围广,几乎所有需要定位的设备都会优先使用GPS定位。缺点是,不能信号透过金属和钢筋水泥混合物,因而不能在室内如地下停车场、高桥下、密集的楼房下使用。而且GPS在首次启动定位时,搜星速度慢,大约需要2~3分钟,不过现在这个缺陷也得到很好的解决了,很多内置GPS模块的GPS定位的设备都有AGPS或EPO辅助定位功能,帮助在搜星时快速定位位置,一般只需要几秒就搞定了,有的甚至实现秒定定位了。
2、北斗定位

北斗定位,众所周知,北斗是我国全力发展的可以跟GPS定位抗衡的卫星定位方式,定位原理跟GPS是一样的,都是根据天上的卫星来确定当前的位置的。虽然原理都一样吧,但是目前在定位精度、使用范围上还是有一定的差距,现在还是主要用于军事上,民用范围还在大力推广,民用范围定位精度几米到几十米都有,北斗模块的定位芯片价格相较GPS模块要高,在一些偏远山村,偏僻的地方可能会没有信号。
目前GPS卫星定位系统覆盖的是全球范围,能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颗),而北斗现在仅对东南亚实现了全覆盖,计划在2020年左右,建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。

室内定位则主要是依靠无线通信技术,比如WiFi技术,蓝牙技术,UWB技术等。

WiFi定位
WiFi定位,WiFi定位其实是室内定位方式的一种,但随着WiFi在室外的大范围覆盖,它也渐渐在室外定位技术上得到很好的应用。wifi定位的原理,这里就不细讲了,技术上的东西说深了其实更难理解,我们只要知道,一般情况下,wifi热点(也就是AP,或者无线路由器)的位置都是固定的,热点只要通电,不管它怎么加密的,都一定会向周围发射信号,只需设备能够扫到wifi,不需要连接wifi,定位端就能把检测到的热点的信息发送给服务器,服务器根据这些信息,查询、运算,就能知道客户端的具体位置了。WiFi定位的精度也是很高的,缺点是客户端必须能上网,而且附近必须有WiFi热点才行,离开大城市,这个功能就很难用到了。
蓝牙定位

蓝牙定位:蓝牙定位基于RSSI(Received Signal Strength Indication,信号场强指示)定位原理。蓝牙室内技术是利用在室内安装的若干个蓝牙局域网接入点,把网络维持成基于多用户的基础网络连接模式,并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网的主设备,然后通过测量信号强度获得用户的位置信息。根据定位端的不同,蓝牙定位方式分为网络侧定位和终端侧定位。
UWB定位

UWB定位:超宽带(UWB)定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。它利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,并利用TDOA定位算法,通过测量出不同基站与移动终端的传输时延差来进行定位。

全球定位系统的总称是GNSS,对应的GNSS模块是指接收机类型涵盖GPS、北斗、GALILEO、GLONASS多个卫星定位系统的定位导航模块。

中国北斗卫星导航系统的简称是BDS,美国的全球卫星导航系统的简称是GPS,俄罗斯的全球卫星导航系统的简称是GLONASS,由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统的简称是GALILEO。

GNSS模块通过运算与每个卫星的伪距离,采用距离交会法得出接收机的经度、纬度、高度和时间修正量这四个参数。并通过串行通信口不断输出NMEA格式的定位信息及辅助信息,供接收者选择应用。

SKYLAB的GNSS模块根据支持卫星信号的频段,分为单频GPS定位模块、单频北斗定位模块和单频北斗多模定位模块、双频北斗多模定位模块;根据定位精度的不同分为标准高精度GNSS定位模块和RTK高精度GNSS定位模块;根据使用方式的不同分为嵌入式内置型GNSS定位模块和外置型天线一体化GNSS G-mouse成品;根据模块性能的不同分为标准高精度GNSS定位模块,RTK高精度GNSS定位模块,弱信号GNSS+INS惯性组合导航模块和GNSS授时模块等。

标准高精度定位导航:从移动互联到物联网,位置是一个基础的不可或缺的信息,汽车行驶在路上,需要实时判断自己的位置,并利用内置的标准高精度GNSS定位模块获取的位置信息,配合电子地图来实现导航,它能方便且准确地告诉驾驶者去往目的地的最短或者最快路径。SKYLAB研发推出的标准高精度定位模块(单频GPS,单频BDS,单频北斗多模、双频北斗多模、天线一体化模块、G-mouse),可以为车载和便携式手持等定位终端产品的制造提供了高灵敏度、高精度、低成本的定位、导航等解决方案,能满足专业定位的严格要求与个人消费需要。

RTK高精度定位导航:随着新基建热潮的到来,借助5G+新基建的东风,无人驾驶,自动驾驶等技术正在逐步完善,对智能驾驶汽车来说,车道很窄,和路边的障碍物之间的距离也较短。这意味着,汽车对定位精度的要求是10到30厘米。SKYLAB研发推出的RTK高精度定位模块,内置RTK算法,同时支持BDS、GPS双卫星定位系统,配合全国北斗增强网的高精度定位服务,可以达到实时厘米级定位精度,满足智能驾驶汽车的高精度定位需求。

弱信号惯性组合导航:汽车行驶在路上,视野可能会受到周边的树木、同行的卡车、城市楼群的遮挡,卫星导航系统容易受到周围环境的影响,例如树木楼房等,造成多路径效应,使得定位结果精度降低甚至丢失,尤其是在隧道或者室内环境中,卫星导航系统基本无法使用。SKYLAB弱信号惯性组合导航模块提供实时高精度的车辆定位、测速和测姿信息,在GNSS系统的信号精度降低甚至丢失卫星信号时,不借助里程计信息,利用纯惯性导航技术,也可在较长时间内单独对汽车载体进行高精度定位、测速和测姿,解决弱信号环境下车辆定位漂移或无法接收卫星信号的问题。

米级L1+L5双频GNSS定位模块:单频定位模块的定位精度为2-3米,不能够满足1米左右的车载导航定位精度需求。L1+L5双频定位模块SKG122S/SKG122Y是SKYLAB新推出的工业级标准、高性能双频定位导航模块,能同时跟踪卫星数达40颗,支持多系统联合定位和单系统独立定位,两款模块均支持天线检测,其强抗干扰性,抗多径效应的特性使定位更快,精度更高,产品性能更可靠。其中SKG122S支持GPS(L1+L5)+BDS(B1I+B2A)+GLONASS(L1)+QZSS(L1+L5)+GALILEO(E1+E5)频段,支持北斗三号卫星定位;支持A-GPS,同时跟踪卫星数量高达40颗,且支持单北斗三代(上电默认进入北斗三代,不搜索北斗二代卫星,有效缩短搜星时长),具有强抗干扰性和抗多径效应,双频多模的模块特性使SKG122S定位更快,精度更高,产品性能更可靠。双频定位模块的跟踪灵敏度为-162dBm,捕获灵敏度为-148dBm,1Hz~5Hz的数据更新频率,供电电压为33V,达到-40℃~85℃的工业级温度范围,默认波特率115200bps,最高可设置为460800bps。

UWB定位:超宽带(UWB)定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。它利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,并利用TDOA定位算法,通过测量出不同基站与移动终端的传输时延差来进行定位。

UWB人员定位系统常用于固定的区域性定位,且需要在固定区域范围内布局UWB基站,并为需要定位的人员,佩戴UWB人员定位标签。

GPS,北斗定位则常用于室外环境的定位,通过GPS模块,北斗模块来接收卫星信号,通过NMEA 0183协议,输出可供用户端调用的位置信息。

分类: 社会民生 >> 军事
解析:

全球定位系统(GPS)是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

全球定位系统由三部分构成:(1)地面控制部分,由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的 工作)、地面天线(在主控站的控制下,向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成;(2)空间部分,由24颗卫星组成,分布在6个道平面上;(3)用户装置部分, 主要由GPS接收机和卫星天线组成。

全球定位系统的主要特点:(1)全天候;(2) 全球覆盖;(3)三维定速定时高精度;(4)快速省时高效率:(5)应用广泛多功能。

全球定位系统的主要用途:(1)陆地应用,主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、 市政规划控制等;(2)海洋应用,包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等;(3)航空航天应用,包括飞机导航、航空遥 感姿态控制、低轨卫星定轨、导d制导、航空救援和载人航天器防护探测等。
GPS卫星接收机种类很多,根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型;根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、d载式。

经过20余年的实践证明,GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。 GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。

GPS原理

24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上,以12小时的周期环绕地球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。

由于卫星的位置精确可知,在GPS观测中,我们可得到卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成3个方程式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有4个未知数,X、Y、Z和钟差,因而需要引入第4颗卫星,形成4个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度和高程。

事实上,接收机往往可以锁住4颗以上的卫星,这时,接收机可按卫星的星座分布分成若干组,每组4颗,然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位,从而提高精度。

由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,以及人为的SA保护政策,使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度,普遍采用差分GPS(DGPS)技术,建立基准站(差分台)进行GPS观测,利用已知的基准站精确坐标,与观测值进行比较,从而得出一修正数,并对外发布。接收机收到该修正数后,与自身的观测值进行比较,消去大部分误差,得到一个比较准确的位置。实验表明,利用差分GPS,定位精度可提高到5米。

这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻,地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星,以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度,以便实现导航、定位、授时等功能。 全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆炸监测和应急通讯等一些军事目的,是美国独霸全球战略的重要组成。
GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
要达到这一目的,卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间,再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰,这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离,而是伪距(PR):当GPS卫星正常工作时,会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。
GPS系统使用的伪码一共有两种,分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1023MHz,重复周期一毫秒,码间距1微秒,相当于300m;P码频率1023MHz,重复周期2664天,码间距01微秒,相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的,保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来,以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码;每三十秒重复一次,每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块,其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时,提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离,再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置,用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而,由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步,所以除了用户的三维坐标x、y、z外,还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数,然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置,至少要能接收到4个卫星的信号。


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