基于WSN的射頻定位技術(shù)

王振朝，曹永青，韋子輝

（1.河北大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，河北 保定 071002；2.河北大學(xué) 質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)院，河北 保定 071002；3.保定市天河電子技術(shù)有限公司 博士后流動(dòng)站，河北 保定 071051）

物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是極有可能成為推動(dòng)下一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要推手之一.世界主要國(guó)家均將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究與發(fā)展提升到了國(guó)家戰(zhàn)略之中［1］.隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，目前物聯(lián)網(wǎng)定位跟蹤技術(shù)的應(yīng)用需求也越來(lái)越大.實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)定位的主要技術(shù)有射頻定位技術(shù)、光定位技術(shù)和聲波定位技術(shù)，其中聲、光（圖像識(shí)別）系統(tǒng)具有部署復(fù)雜度高、造價(jià)昂貴的缺點(diǎn)，所以在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中沒(méi)有得到廣泛使用，而射頻定位系統(tǒng)的定位精確度較高，并且造價(jià)較低，部署相對(duì)容易，系統(tǒng)容量大.因此，基于射頻定位技術(shù)的產(chǎn)品更易為工程師接受.而射頻定位技術(shù)中GPS只適用于室外使用，GSM／CDMA基站定位無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確定位，只適用于區(qū)域定位.目前精確定位技術(shù)的發(fā)展方向主要是基于WSN的射頻定位技術(shù).現(xiàn)有的基于WSN的射頻定位技術(shù)主要包括 WiFi（無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）、RFID（射頻識(shí)別定位）、ZigBee、CSS（擴(kuò)頻定位）、UWB（超寬帶定位）等［2］.本文對(duì)以上幾種主要射頻定位技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)提出了進(jìn)一步的研究方向.

1 WiFi定位技術(shù)

WiFi是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）等終端以無(wú)線(xiàn)方式互連的技術(shù).目前，WiFi網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)遍布于酒店、咖啡廳、學(xué)校和醫(yī)院等場(chǎng)所.利用廣泛存在的WiFi網(wǎng)絡(luò)，對(duì)處于樓群密集或者室內(nèi)的定位目標(biāo)進(jìn)行定位，不僅彌補(bǔ)了GPS在建筑密集或者室內(nèi)應(yīng)用的限制，擴(kuò)大了定位服務(wù)的應(yīng)用行業(yè)和范圍，而且提高了定位精度，降低了部署成本［3］，其系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 WiFi定位系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 Topology of WiFi positioning

目前，芬蘭的Ekahau公司已經(jīng)研發(fā)出了利用 WiFi信號(hào)進(jìn)行室內(nèi)定位的RTLS（Real Time Location Systems）系統(tǒng)，該系統(tǒng)的定位精度可以達(dá)到1～3m；此外，skyhook公司研發(fā)了基于 WiFi的定位系統(tǒng)WPS，該系統(tǒng)能通過(guò)WiFi接入點(diǎn)產(chǎn)生準(zhǔn)確的位置信息，從而達(dá)到對(duì)目標(biāo)物體的定位［4］.伴隨著智能手機(jī)的普及（幾乎均支持WiFi協(xié)議），目前已有不少學(xué)者研究并設(shè)計(jì)了基于智能手機(jī)的定位系統(tǒng)，如文獻(xiàn)［5］中提出的基于Android智能手機(jī)的定位系統(tǒng)，此定位系統(tǒng)在離線(xiàn)狀態(tài)下建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)有目標(biāo)需要定位時(shí)，可根據(jù)手機(jī)已有的信息，來(lái)確定目標(biāo)的位置.目前，WiFi定位技術(shù)在停車(chē)場(chǎng)、礦井等場(chǎng)所也得到了相應(yīng)的應(yīng)用.

雖然WiFi定位技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域獲得應(yīng)用，但由于移動(dòng)終端的電池能源是有限的，加上WiFi收發(fā)器主要是為了傳輸無(wú)線(xiàn)大數(shù)據(jù)量而設(shè)計(jì)的，具有較高的能耗，因而不能長(zhǎng)時(shí)間工作，并且現(xiàn)有的WiFi無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)在定位精度、抗干擾能力、能耗控制等方面也都存在一定的缺陷.所以現(xiàn)有的WiFi無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)主要應(yīng)用于中小范圍室內(nèi)定位，而不具備精確定位的發(fā)展前景.

2 RFID定位技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了日常生活中的方方面面.RFID系統(tǒng)通常由標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、中間件3部分構(gòu)成，標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽都有唯一的電子編碼，附著在物體上來(lái)標(biāo)識(shí)目標(biāo)，標(biāo)簽又可分為無(wú)源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽.

RFID定位技術(shù)總體上可以分為2大類(lèi)：閱讀器定位和標(biāo)簽定位.在閱讀器定位中，閱讀器通常附著在跟蹤物體上，標(biāo)簽則放在隱蔽位置.為了獲得閱讀器的位置信息，標(biāo)簽預(yù)先放在已知位置.閱讀器利用獲得的標(biāo)簽位置信息，采用相應(yīng)的算法估計(jì)出自身的位置，相鄰標(biāo)簽間隔距離越短，定位精度就越高.在標(biāo)簽定位中，首先利用RFID讀寫(xiě)器和多個(gè)標(biāo)簽，搭建一個(gè)具有一定范圍的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，相對(duì)于此環(huán)境中位置已知的標(biāo)簽，分別針對(duì)環(huán)境中的某一未知坐標(biāo)的標(biāo)簽，做相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的計(jì)算，然后將接收到的未知標(biāo)簽與已知標(biāo)簽之間的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度信息傳送給RFID讀取器，再通過(guò)中間軟件系統(tǒng)加以分析，最后通過(guò)分析推算出該未知標(biāo)簽的位置信息.

目前，RFID定位技術(shù)在歐美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用比較廣泛，從物流業(yè)到醫(yī)療業(yè)，再到礦業(yè)安全領(lǐng)域，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取不僅對(duì)作業(yè)過(guò)程有重大的參考意義，而且在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)資產(chǎn)的定位追蹤以及對(duì)資產(chǎn)的管理中都起到了重要的作用.中國(guó)對(duì)RFID技術(shù)的應(yīng)用還處于發(fā)展階段，目前的應(yīng)用范圍主要集中在識(shí)別環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單、識(shí)別過(guò)程相對(duì)靜態(tài)的情況，例如門(mén)禁系統(tǒng)、公交卡付費(fèi)系統(tǒng)、第二代身份證等［6］.

雖然現(xiàn)有的RFID定位系統(tǒng)既能對(duì)固定目標(biāo)進(jìn)行定位，又能跟蹤運(yùn)動(dòng)物體.由于RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)需要特別布置讀寫(xiě)器和天線(xiàn)，且讀寫(xiě)器之間必須使用專(zhuān)用的數(shù)據(jù)線(xiàn)相連，施工麻煩，加上其作用距離較短，定位精度相對(duì)較差，所以其只能實(shí)現(xiàn)區(qū)域定位，不具有精確定位的發(fā)展前景.

3 基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的定位技術(shù)

IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)低速無(wú)線(xiàn)個(gè)人區(qū)域網(wǎng)，把低能量消耗、低速率傳輸、低成本作為研究的重點(diǎn)，旨在為個(gè)人或者家庭范圍內(nèi)不同設(shè)備之間低速互連提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn).

IEEE于2003年發(fā)布了一種低速率通信系統(tǒng)的架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4－2003，ZigBee便是基于此標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，物理層和MAC層直接引用IEEE802.15.4－2003無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；ZigBee聯(lián)盟又在IEEE802.15.4－2003標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用支持層，其中應(yīng)用層則由用戶(hù)根據(jù)需要自行開(kāi)發(fā).由于ZigBee技術(shù)的巨大發(fā)展?jié)摿?，以及在幾大IC廠商的鼎力支持和推動(dòng)下，越來(lái)越多的ZigBee芯片和模塊陸續(xù)問(wèn)世，極大的方便了研究者對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā).

構(gòu)建基于ZigBee的射頻定位系統(tǒng)，首先需要搭建基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)，如圖2所示.由中心節(jié)點(diǎn)，中繼路由節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)構(gòu)成.ZigBee定位主要采用了RSSI（received signal strength indicator）的定位解決方案.通過(guò)定位引擎接收來(lái)自參考節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)RSSI算法準(zhǔn)確計(jì)算出需要定位節(jié)點(diǎn)的位置，然后將位置信息發(fā)送給接收端，RSSI功能降低了網(wǎng)絡(luò)流量與通信延時(shí)，在典型應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)3～5m的定位精度.目前，基于ZigBee技術(shù)的定位系統(tǒng)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，其中包括資產(chǎn)和設(shè)備的跟蹤、庫(kù)存控制、遠(yuǎn)程控制、病人監(jiān)護(hù)、安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等.

圖2 基于ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)Fig.2 Wireless network structure of ZigBee

由于ZigBee定位系統(tǒng)易受干擾、定位精度差，所以近年來(lái)對(duì)ZigBee所采用的RSSI定位算法進(jìn)行改進(jìn)已經(jīng)成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)，文獻(xiàn)［7］中采用加權(quán)質(zhì)心算法，引入加權(quán)因子，進(jìn)行質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算，從而得出未知節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo).針對(duì)ZigBee中RSSI算法和加權(quán)質(zhì)心定位算法受到環(huán)境等因素影響后，不能接收到全部已知節(jié)點(diǎn)定位信息的問(wèn)題，文獻(xiàn)［8］提出利用已知節(jié)點(diǎn)間的幾何關(guān)系計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)的位置.文獻(xiàn)［9］利用節(jié)點(diǎn)之間的相似度作為網(wǎng)絡(luò)盲節(jié)點(diǎn)測(cè)距和定位的加權(quán)系數(shù)，對(duì)RSSI值進(jìn)行修正.文獻(xiàn)［10］提出了一種基于加權(quán)的校正模型和算法，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了采用加權(quán)校正模型能夠有效地提高節(jié)點(diǎn)定位的精度.

上述修正算法雖然在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下可部分提高RSSI定位精度，但同樣存在算法復(fù)雜、適應(yīng)性差的缺點(diǎn)，并增加了ZigBee定位系統(tǒng)安裝調(diào)試的難度，所以解決ZigBee定位精度的研究工作仍在繼續(xù).

4 基于IEEE802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)的定位技術(shù)

2002年11月，IEEE開(kāi)始醞釀建立低速 WPAN（wireless personal area network communication technologies，無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)）物理層標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4a，其目的是提供比IEEE802.15.4更高的傳輸速率、更低的功耗、更遠(yuǎn)的傳輸距離和更低的價(jià)格，尤其強(qiáng)調(diào)了精確的測(cè)距及定位能力.并于2005年3月形成了一個(gè)融合多家提案的基本綱要.在這份綱要中，包括有2個(gè)可選的物理層：工作于2.4GHz免授權(quán)頻段的CSS技術(shù)和工作于3.1～10.6GHz免授權(quán)頻段的UWB技術(shù)［11］，且IEEE802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)于2007年正式公布.

4.1 CSS定位技術(shù)

CSS技術(shù)源于雷達(dá)系統(tǒng)中以Chirp信號(hào)為核心的脈沖壓縮技術(shù).典型的Chirp信號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)式為

其中，μ是掃頻率（Hz／s），是中心頻率，t是掃頻時(shí)間（s）.這種用Chirp信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻的通信方式被稱(chēng)為Chirp擴(kuò)頻（CSS）［12］.

由于CSS技術(shù)在測(cè)距、精確定位及通信方面的優(yōu)勢(shì)，使得CSS定位技術(shù)在日常生產(chǎn)和生活中都將具有極大的利用空間.目前，CSS定位系統(tǒng)在有4個(gè)基站的區(qū)域內(nèi)便能夠?qū)崿F(xiàn)定位，系統(tǒng)采用了SDS－TWR算法進(jìn)行測(cè)距，該算法經(jīng)過(guò)差分運(yùn)算能夠很好地避免晶振漂移，有效地避免測(cè)量誤差從而使定位精度得到了提高.在定位過(guò)程中，移動(dòng)標(biāo)簽和基站安裝時(shí)要盡量可見(jiàn)，這樣可減少2～3個(gè)db的信號(hào)損耗.同時(shí)在軟件上，針對(duì)不同客戶(hù)在不同工作環(huán)境區(qū)域內(nèi)對(duì)產(chǎn)品的定位要求不同，則采用的軟件算法也不盡相同［13］.

文獻(xiàn)［14］提出一種能夠適用于復(fù)雜室內(nèi)通信環(huán)境的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的測(cè)距新方法.該方法利用CSS技術(shù)進(jìn)行通信并實(shí)現(xiàn)測(cè)距；為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度，文章又建立了一種基于最小二乘原理的距離修正數(shù)學(xué)模型.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法具有發(fā)射功率低、抗干擾能力強(qiáng)、適合遠(yuǎn)距離測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，并且所建立的距離修正模型能夠有效地減小測(cè)量誤差.

本獻(xiàn)［15］提出了一種基于CSS技術(shù)的超寬帶信號(hào)用于室內(nèi)的定位技術(shù).具有超寬帶特性的CSS信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖壓縮后，其窄脈沖可以達(dá)到ns級(jí)別，可用于高精度定位.仿真結(jié)果表明，基于CSS技術(shù)的超寬帶定位技術(shù)具有比較高的定位精度，可滿(mǎn)足室內(nèi)高精度定位的需求，具有很高的研究和應(yīng)用價(jià)值.

針對(duì)目前中低檔汽車(chē)的安防系統(tǒng)功能不完善，不能滿(mǎn)足大多數(shù)用戶(hù)需求等現(xiàn)狀，文獻(xiàn)［16］介紹了一種采用CSS定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)適時(shí)了解車(chē)輛的具體位置及運(yùn)行情況的定位系統(tǒng).倘若用戶(hù)發(fā)現(xiàn)車(chē)輛有異常情況，可以及時(shí)通過(guò)手機(jī)短信請(qǐng)求控制中心對(duì)車(chē)輛進(jìn)行遠(yuǎn)程控制.緊急情況下控制中心還可以協(xié)助報(bào)警.經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)定位準(zhǔn)確，采集數(shù)據(jù)可靠，可適用于多數(shù)需要精確定位的場(chǎng)合，具有很高的實(shí)用價(jià)值.

文獻(xiàn)［17］將基于CSS技術(shù)開(kāi)發(fā)的室內(nèi)定位系統(tǒng)應(yīng)用到火災(zāi)等災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，基于CSS技術(shù)開(kāi)發(fā)的室內(nèi)定位系統(tǒng)主要由多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，各節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)相互通信來(lái)測(cè)量它們之間的相對(duì)距離.在火災(zāi)等災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救援時(shí)，每位救援隊(duì)員都攜帶一CSS定位設(shè)備，這樣便能在煙霧彌漫的建筑物內(nèi)準(zhǔn)確判斷周?chē)渌?duì)員與自己的相對(duì)距離，并通過(guò)相對(duì)距離實(shí)現(xiàn)對(duì)救援人員的定位.

到目前為止，CSS仍然處于發(fā)展階段，依然存在不少問(wèn)題有待解決，其主要問(wèn)題是

1）因?yàn)镃hirp信號(hào)在接收端通過(guò)匹配濾波器以后會(huì)產(chǎn)生很窄的脈沖，如何對(duì)該脈沖進(jìn)行捕獲，并且迅速實(shí)現(xiàn)收發(fā)端同步將會(huì)影響系統(tǒng)的性能好壞.所以CSS需要考慮時(shí)間的同步，這也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度.

2）多徑傳播將會(huì)產(chǎn)生符號(hào)間的干擾，影響系統(tǒng)的性能.

4.2 UWB定位技術(shù)

UWB技術(shù)是無(wú)載波通信技術(shù)的一種，利用ns至ps級(jí)的非正弦波窄脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù).UWB發(fā)射的脈沖信號(hào)時(shí)間很短，不到1ns.使得多徑信號(hào)在時(shí)間上是可分離的，在實(shí)際應(yīng)用中可得到cm級(jí)的定位精度.另外UWB不同于傳統(tǒng)的中頻和射頻電路，具有低功耗，傳輸速率高，穿透能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn).

UWB定位系統(tǒng)主要包括2個(gè)部分：測(cè)距和定位.

一些典型的測(cè)距技術(shù)包括接收信號(hào)強(qiáng)度（RSS）、到達(dá)角度（AOA）、到達(dá)時(shí)間（TOA）和到達(dá)時(shí)間差（TDOA），這些技術(shù)分別和能量，方向，傳輸時(shí)間以及到達(dá)時(shí)間差有關(guān).但是基于RSS方法的UWB技術(shù)由于對(duì)信道參數(shù)過(guò)于依賴(lài)，這使得在非視距條件下所接收到的能量對(duì)距離的變化相當(dāng)敏感，所以無(wú)法獲得精確的測(cè)距估計(jì).AOA方法可以隨著UWB信號(hào)帶寬的增加而實(shí)現(xiàn)精確測(cè)距，但其需要多根天線(xiàn)，使得系統(tǒng)復(fù)雜度增加并且價(jià)格昂貴.基于TOA的方法能夠提供更準(zhǔn)確的測(cè)距，并且與RSS和AOA相比成本更低.由于TOA技術(shù)要求目的節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)在時(shí)間上保持精確的同步，另外目的節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號(hào)中必須包含時(shí)間標(biāo)記，以便接收的參考節(jié)點(diǎn)判斷出信號(hào)的傳輸時(shí)延.所以TOA定位的定位速度較慢，而且系統(tǒng)內(nèi)定位標(biāo)簽容量小.與TOA技術(shù)不同的是，TDOA技術(shù)只需要接收機(jī)時(shí)間同步，不需要測(cè)量絕對(duì)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)起來(lái)可行性較高，所以此方法在UWB定位系統(tǒng)中得到了更廣泛的應(yīng)用.定位方面，UWB定位算法主要有迭代和非迭代2種算法，其中迭代算法中的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)算法因?yàn)榫哂芯雀吆汪敯粜詮?qiáng)等特點(diǎn)因此在求解非線(xiàn)性定位方程組中得到了廣泛應(yīng)用.

近年來(lái)，UWB技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注.目前，英國(guó)Ubisense公司的Ubisense 7000系統(tǒng)運(yùn)用到達(dá)時(shí)間差（TODA）和到達(dá)時(shí)間角度（AOA）的混合定位算法，利用三維坐標(biāo)將定位誤差降到最小，已經(jīng)最高可以實(shí)現(xiàn)15cm的定位精度.美國(guó)Ubise公司開(kāi)發(fā)的Unbise室內(nèi)定位系統(tǒng)，是由傳感器和漫游器組成，當(dāng)一個(gè)漫游器有效時(shí)，將發(fā)射UWB脈沖和包含識(shí)別符在內(nèi)的傳統(tǒng)RF強(qiáng)信號(hào)，這被傳感器用來(lái)確定漫游器的位置，Unbise室內(nèi)定位系統(tǒng)的精度能夠達(dá)到15cm，可滿(mǎn)足多種應(yīng)用需求，如人員定位的管理、物流倉(cāng)庫(kù)管理、危險(xiǎn)生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)控等［18］.

國(guó)內(nèi)對(duì)UWB的研究目前還處在理論研究和實(shí)驗(yàn)階段.雖然國(guó)內(nèi)的一些高校，如電子科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)、桂林電子工業(yè)學(xué)院等在UWB技術(shù)的研究方面取得了一定的進(jìn)展，但總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)對(duì)UWB無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和國(guó)外相比在實(shí)用化方面還存在一定的差距，然而隨著國(guó)家對(duì)UWB無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的支持，必將對(duì)UWB相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重大的推動(dòng)作用.

但目前UWB也存在不少問(wèn)題有待解決，其主要問(wèn)題是：

1）與其他通信系統(tǒng)的共存和兼容問(wèn)題，考慮到電磁兼容的問(wèn)題，UWB發(fā)射功率受到嚴(yán)格限制，通信與定位距離通常較短；2）UWB采用的定位算法通常需要精確的時(shí)間同步，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且固定節(jié)點(diǎn)之間需要時(shí)間同步線(xiàn)連接，增加了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用安裝部署難度；3）UWB定位系統(tǒng)復(fù)雜性高，難以小型化，并且造價(jià)高，使UWB定位系統(tǒng)目前只能應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境.

5 射頻定位技術(shù)的比較及其在實(shí)際應(yīng)用中面臨的問(wèn)題

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，定位跟蹤技術(shù)的應(yīng)用需求越來(lái)越大.在礦井安全、安防、醫(yī)院人員管理、軍事訓(xùn)練等領(lǐng)域，定位跟蹤的應(yīng)用極其迫切.本文分別從基本原理、定位精度、信號(hào)帶寬、研究現(xiàn)狀等角度出發(fā)研究了基于WSN的射頻定位技術(shù)，現(xiàn)將這幾種定位技術(shù)的基本特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)和比較，如表1所示.

表1 常見(jiàn)的射頻定位系統(tǒng)比較Tab.1 Comparison of common RF positioning system

雖然近幾年射頻定位技術(shù)發(fā)展迅速，但現(xiàn)有幾種定位系統(tǒng)在定位精度、安裝使用成本等方面仍無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求，制約了定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，例如：

1）GPS定位存在手持終端體積大、功耗大的缺點(diǎn)且無(wú)法適用于室內(nèi)環(huán)境；

2）RFID、WiFi、GSM／CDMA基站定位雖然是對(duì)處于樓群密集或者室內(nèi)定位目標(biāo)進(jìn)行定位的較理想的技術(shù)，但在定位精度、抗干擾能力、能耗控制等方面都存在一定的缺陷，所以只能實(shí)現(xiàn)區(qū)域定位，不具有精確定位的發(fā)展前景；

3）ZigBee定位系統(tǒng)具有成本低、易安裝部署的優(yōu)點(diǎn)，但其環(huán)境適應(yīng)性較差，容易受外界干擾，無(wú)法在工程中應(yīng)用，并且ZigBee系統(tǒng)不能支持長(zhǎng)距離測(cè)量；

4）UWB定位系統(tǒng)精度高，但存在定位距離短、安裝部署難、成本造價(jià)高的缺點(diǎn)，目前UWB技術(shù)仍處于研究階段，理論研究和市場(chǎng)應(yīng)用尚未成熟，存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，并且存在與其他通信系統(tǒng)的共存和兼容問(wèn)題.

6 結(jié)束語(yǔ)

目前精確定位技術(shù)發(fā)展方向主要是基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù).本文對(duì)幾種主要的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)進(jìn)行了論述，并對(duì)其進(jìn)行了概括總結(jié).根據(jù)目前定位技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，可以看出現(xiàn)有的射頻定位技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在很多問(wèn)題，在定位精度、安裝使用成本等方面無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求，因此制約了定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用.筆者認(rèn)為今后重點(diǎn)研究的方向?qū)⑹侨绾蔚玫椒€(wěn)定的高精度定位，同時(shí)考慮到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模應(yīng)用的需求，定位系統(tǒng)應(yīng)同時(shí)具有低成本、易安裝部署、自組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，所以ZigBee定位技術(shù)、CSS定位技術(shù)以及UWB定位技術(shù)將是今后研究的重點(diǎn).

綜上所述，射頻定位技術(shù)仍然是一個(gè)較新的研究領(lǐng)域，因此，今后會(huì)有更多的科研工作者關(guān)注并加入到該項(xiàng)研究之中，使得射頻定位技術(shù)獲得進(jìn)一步的發(fā)展，能夠滿(mǎn)足絕大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的需求.

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