伴隨著城市的發展，建築物的遮擋、等因素；精準度10米以下的民用gps室外定位也無法為(wei) 室內(nei) 做到更精度的服務。而，5G的到來技術發展，新的編碼方式、波束賦形、大規模天線陣列、毫米波頻譜等為(wei) 高精度距離測量提供技術支持。因此，室內(nei) 定位的研究成為(wei) 無線傳(chuan) 感器網絡服務的一個(ge) 重要分支。

  通常用於(yu) 室內(nei) 定位研究的傳(chuan) 感器包括：Wi-Fi、藍牙、RFID、紅外、ZigBee等。本文我們(men) 將以RFID技術為(wei) 藍本，向大家介紹室內(nei) 定位原理。

1.RFID定位原理

  如圖1所示，目前傳(chuan) 統的RFID室內(nei) 定位跟蹤係統是一種以計算機為(wei) 基礎，集合了RFID數據采集，RFID數據處理與(yu) 傳(chuan) 輸、GIS空間分析和查詢等技術形成的智能技術係統。

圖1 基於(yu) RFID的室內(nei) 定位係統結構圖

  其定位依據是結合RFID信號的接收信號強度、相位等參數，利用定位算法完成距離和方位的計算。例如，Saad等人通過捕獲標簽的相位信息，利用卡爾曼濾波來計算標簽的位置[1]。Alippi等人則是利用安裝在固定位置的讀寫(xie) 器天線，通過旋轉對環境中的標簽進行掃描，獲得標簽所在的角度範圍及其接收信號強度，並利用貝葉斯網絡計算標簽的位置[2]。而Choi等人提出一種利用目標標簽對參考標簽的信號強度的幹擾對標簽進行定位的方法[3]。清華大學劉雲(yun) 浩教授的團隊提出了一種基於(yu) 無源RFID標簽信號強度高階變換的高精度室內(nei) 定位方法，其定位精度可以到厘米級別[4-5]。

2.常見的定位算法

2.1 三邊測距法

  如圖2所示，Hightower等提出的SpotON係統[6]是該類型算法的典型代表。係統使用3個(ge) 或3個(ge) 以上的讀寫(xie) 器作為(wei) 基站，記錄每個(ge) 讀寫(xie) 器讀到的標簽接收信號強度，通過三角測距的方法，計算出標簽的位置[7]。

圖2 SpotON係統原理示意圖

2.2 LANDMARC定位算法

  Landmarc[8]是近年來比較熱門的RFID定位係統。其主要思想是引入了參考標簽。在室內(nei) 若幹個(ge) 固定位置分別部署讀寫(xie) 器和參考標簽，通過比對參考標簽和目標標簽的接收信號強度，從(cong) 而推算出目標標簽的位置。隨後，不少學者對Landmarc係統進行改進以提高其定位精度。其中，Jin等人在Landmarc係統中引入了鄰居節點的概念，以此提高定位的效率[9]。Chattopadhyay等人則是通過對參考標簽的排列方式和密度進行定量分析，指出Landmarc係統的定位效果依賴於(yu) 標簽的擺放方向，需要標簽都按照同樣的方向擺放，或者標簽天線自身有著良好的全向性[10]。

  同時，該團隊利用神經網絡對Landmarc係統進行改進，通過預先布置的目標標簽和參考標簽的信號強度，對神經網絡進行訓練，利用訓練好的神經網絡，來計算未知的目標標簽的位置[11]。Choi等人在係統中引入了一個(ge) 信號強度修正方法，利用修正後的目標標簽和參考標簽的信號強度來進行位置計算[12]。香港科技大學的趙戈洋等人提出了基於(yu) 虛擬參考標簽的VIRE(Virtualreferenceelimination)算法，通過線性插值方式結合實際參考標簽的位置信息和信號強度，估計虛擬參考標簽的位置信息及信號強度，實現室內(nei) 傳(chuan) 輸環境的細粒度化[13]。

2.3 到達時間定位算法(TOA)

  如圖3所示，Xu等人利用到達時間法對人員的運動軌跡進行跟蹤[14];Wang等人則是將L-MUSIC方法與(yu) 到達時間法整合，實現對標簽定位[15]。然而，到達時間法存在一定缺陷：

(1)由於(yu) 室內(nei) 定位的應用場景通常較小，標簽到讀寫(xie) 器的距離較近，以電磁波在空氣中的傳(chuan) 播速度，進行短距離測距需要很高的時間精度;

(2)讀寫(xie) 器和標簽之間需要精確的同步;

(3)RFID自身較低的通信速率，使得精確的時間戳(Timestamp)的加入較為(wei) 困難。

圖3 TOA算法原理示意圖

  除了以上提到的方法之外，波達角(AOA)、波達方向(DOA)等室內(nei) 定位算法也是研究熱點，能夠提供較好的定位精度。目前，室內(nei) 定位應用正處於(yu) 從(cong) 研究室走向實際應用階段，如香港中文大學的室內(nei) 定位技術在菜鳥驛站中開始進行應用，如何從(cong) 理論算法的研究到工業(ye) 生產(chan) 應用是研究學者仍需解決(jue) 的問題。