基于智能手机的室内定位技术

智能手机的定位源主要包括3大类：
① 导航卫星接收机：包括我国的北斗，美国的GPS，欧洲的Galileo和俄罗斯的GLONASS等；
② 内置传感器：包括加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计、光线传感器、麦克风、扬声器和相机；
③ 射频信号：包括Wi-Fi、蓝牙、蜂窝无线通信信号等。除了卫星导航接收机外，所有传感器和射频信号都不是为定位而设置的。尽管如此，这些传感器和射频信号还是为我们提供了很多的室内定位源。

室外定位以成熟的开机即得的卫星定位技术为主

但准确、可靠、实时的室内定位，满足现有各类定位需求仍有很大的挑战性。其主要受制原因在于：
1.主流的全球卫星导航系统(global navigation satellite systems，GNSS)目前虽然已经被广域大规模商业应用，在室外开阔环境下定位精度已可以解决大部分定位需求，但该类信号无法覆盖室内，难以形成定位。
2.室内环境复杂，无线电波通常会受到障碍物的阻挡，发生反射、折射或散射，改变传播路径到达接收机，形成非视距(non line-of-sight，NLOS)传播。NLOS传播会使定位结果产生较大的偏差，严重影响定位精度。
3.室内空间布局、拓扑易受人为的影响，导致声、光、电等环境容易发生变化，对于以特征匹配为基本原理的定位方法，定位结果将受到较大影响。

蓝牙定位:

终端侧定位.jpg

蓝牙终端侧定位是由终端设备（如嵌入SDK软件包的智能手机）和蓝牙Beacon（信标）组成，在需要定位的区域内部署蓝牙Beacon，根据RSSI强度信息来判断用户距离每个Beacon信标的距离，一般至少需要铺设3个蓝牙Beacon信标，用三角定位法确定移动设备的大致位置。
蓝牙定位比较有名的有苹果推出的iBeacon，在一个iBeacon基站的帮助下，智能手机的软件能大概找到它和这个iBeacon基站的相对位置。

iBeacon.jpg

成熟方案：
Nokia的HAIP，高通的iZAT和Gimbal，国内的SKYLAB
优缺点：
基于蓝牙的室内定位优点在于设备体积一般比较小，功耗低，建立连接时间短，主要可以应用于小范围的定位。缺点是蓝牙系统稳定性较差，受噪声的干扰比较大。

WIFI定位:

基于Wi-Fi技术的室内定位主要也依据RSSI强度信息来判断用户位置。

一类方法与上述方法相同，在已知各个AP位置的前提下，用信号衰减模型计算移动设备与各个AP的距离，用三角定位法确定移动设备的大致位置。

另一类方法则类似于机器学习算法，首先将待检测的室内区域按特定面积进行网格划分，然后获取每个网格内的Wi-Fi信号强度信息，这实际上是一个训练的过程。在训练阶段得到每个网格的信号强度信息，在定位时，通过实时检测信号强度，将与当前信号强度匹配度最高的网格作为移动设备当前的位置。

所以不论是以上哪种基于RSSI的方法，都需要预先对待定位区域有详细的了解。

成熟方案：
WifiSLAM（被苹果收购）、Wifarer、智慧图等。
优缺点：
Wi-Fi方法的优势在于无线网络的覆盖范围大，易于安装，成本低，但其也仅能用于事先了解Wi-Fi环境的建筑或场地内，且精度未达到很高。

惯性定位技术

惯性导航系统是利用惯性元件来测量载体运动加速度，通过对加速度的积分运算，从而确定运载体位置。随着 MEMS（Micro-Electro Mechanical System，微机电系统）技术的成熟，越来越多的低成本惯性测量单元IMU（Inertial Measurement Unit，主要含加速度计和陀螺仪，磁力计可选）被集成到移动计算平台上，由于利用积分运算的惯性定位对惯性器件要求较高，室内定位中多利用 MEMS IMU 进行 PDR（Pedestrian Dead Reckon，行人航迹推算），其中主要利用加速度计来探测步数，再结合步长估计与航向估计，进行位置估计 。
优缺点：
惯性测量完全自主、全天候、不受外界环境干扰影响，无信号丢失问题，适合室内定位应用，但室内 PDR 需要其他定位方式进行初始对准，并需要借助数字罗盘进行航向估计。