【正文】 并保證藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)始終是這個(gè)微微網(wǎng)(piconet)的主設(shè)備，就可以獲得用戶(hù)的位置信息。　　藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小、易于集成在 PDA、PC以及手機(jī)中，因此很容易推廣普及。理論上，對(duì)于持有集成了藍(lán)牙功能移動(dòng)終端設(shè)備的用戶(hù)，只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開(kāi)啟，藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行位置判斷。采用該技術(shù)作室內(nèi)短距離定位時(shí)容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備且信號(hào)傳輸不受視距的影響。藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于定位，與WiFi有很多相似之處，主要應(yīng)用于小范圍定位，例如單層大廳或倉(cāng)庫(kù)；其不足在于藍(lán)牙器件和設(shè)備的價(jià)格比較昂貴，而且對(duì)于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號(hào)干擾大?！猌igBee技術(shù)。ZigBee是一種新興的短距離、低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它介于射頻識(shí)別和藍(lán)牙之間，也可以用于室內(nèi)定位。它有自己的無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)通信以實(shí)現(xiàn)定位。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。ZigBee最顯著的技術(shù)特點(diǎn)是它的低功耗和低成本?！猆WB技術(shù)。UWB由于功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)，在眾多無(wú)線定位技術(shù)中脫穎而出，成為未來(lái)無(wú)線定位技術(shù)的熱點(diǎn)。UWB是一種高速、低成本和低功耗新興無(wú)線通信技術(shù)。(UWBWG,2001)，具有很寬的頻帶范圍，～，并限制信號(hào)的發(fā)射功率在41dBm以下。由此可見(jiàn)，UWB聚焦在兩個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用上，即無(wú)線無(wú)延遲地傳播大量多媒體數(shù)據(jù)，速率要達(dá)到1OOMbit/s500Mbit/s；，用于室內(nèi)精確定位，例如戰(zhàn)場(chǎng)士兵的位置發(fā)現(xiàn)、工業(yè)自動(dòng)化、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭/辦公自動(dòng)化、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)跟蹤等。UWB信號(hào)的特點(diǎn)說(shuō)明它在定位上具有低成本、抗多徑干擾、穿透能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，所以可以應(yīng)用于靜止或者移動(dòng)物體以及人的定位跟蹤，能提供十分精確的定位精度?！　〕艘陨咸峒暗亩ㄎ患夹g(shù)，還有基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)[4]、光跟蹤定位、基于圖像分析、磁場(chǎng)以及信標(biāo)定位等。此外，還有基于圖像分析的定位技術(shù)、信標(biāo)定位、三角定位等。目前很多技術(shù)還處于研究試驗(yàn)階段，如基于磁場(chǎng)壓力感應(yīng)進(jìn)行定位的技術(shù)?！　〔还苁荊PS定位技術(shù)還是利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)或其他定位手段進(jìn)行定位都有其局限性。未來(lái)室內(nèi)定位技術(shù)的趨勢(shì)是衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與無(wú)線定位技術(shù)相結(jié)合，將GPS定位技術(shù)與無(wú)線定位技術(shù)有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)長(zhǎng)，則既可以提供較好的精度和響應(yīng)速度，又可以覆蓋較廣的范圍，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的、精確的定位。由此可見(jiàn)，隨著定位技術(shù)的發(fā)展和定位服務(wù)需求的不斷增加，無(wú)線定位技術(shù)必須克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，滿(mǎn)足以下幾個(gè)條件：a)高抗干擾能力；b)高精度定位；c)低生產(chǎn)成本；d)低運(yùn)營(yíng)成本；e)高信息安全性；f)低能耗及低發(fā)射功率；g)小的收發(fā)器體積。常用的室內(nèi)定位技術(shù)有紅外線定位、超聲波定位、基于IEEE802. 11無(wú)線定位和射頻識(shí)別RFID 定位技術(shù)等。RFID技術(shù)由于其非基礎(chǔ)和非視距等優(yōu)點(diǎn)成為優(yōu)選的定位技術(shù)。在本文中將主要針對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的無(wú)線定位進(jìn)行研究。射頻識(shí)別技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別和定位的目的。這種技術(shù)作用距離短，一般最長(zhǎng)為幾十米。但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低。同時(shí)由于其非接觸和非視距等優(yōu)點(diǎn)，可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術(shù)。目前，射頻識(shí)別研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)在于理論傳播模型的建立、用戶(hù)的安全隱私和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題。優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)識(shí)的體積比較小，造價(jià)比較低，但是作用距離近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系統(tǒng)之中。射頻識(shí)別即RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱(chēng)電子標(biāo)簽、無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。是20世紀(jì)90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。 RFID是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線系統(tǒng)，只有兩個(gè)基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測(cè)和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個(gè)詢(xún)問(wèn)器（或閱讀器）和很多應(yīng)答器（或標(biāo)簽）組成。RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽）；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)主要應(yīng)用于物流和供應(yīng)管理 、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件/快運(yùn)包裹處理、文檔追蹤/圖書(shū)館管理、動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)、運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)、門(mén)禁控制/電子門(mén)票、道路自動(dòng)收費(fèi)等領(lǐng)域?，F(xiàn)有的無(wú)線定位技術(shù)根據(jù)定位機(jī)制的不同, 無(wú)線定位可以分為基于距離(rangebased)的定位算法和距離無(wú)關(guān)(rangefree)的定位算法兩類(lèi)。前者需要測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)間的絕對(duì)距離或方位, 并利用節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置。 后者無(wú)需測(cè)量節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)距離或方位, 而是利用節(jié)點(diǎn)間的估計(jì)距離計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置?；跍y(cè)距的定位機(jī)制利用到達(dá)時(shí)間延遲TOA ( time of arrival)、信號(hào)到達(dá)時(shí)間差TDOA( time difference of arrival)、信號(hào)到達(dá)方向DOA( directional of arrival)和接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI( receive signal strength)來(lái)估計(jì)距離或來(lái)波方向, 然后使用三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法或最大似然估計(jì)法等計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置, 如SDP 算法、MDS MAP 算法和ILS算法等。而不基于測(cè)距的定位機(jī)制無(wú)需距離或角度信息, 或無(wú)需直接測(cè)量這些信息, 僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性等信息實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的定位, 如質(zhì)心法、DVHop 法、無(wú)定形算法、APIT算法。對(duì)定位算法的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有定位精度、節(jié)點(diǎn)密度、容錯(cuò)和自適應(yīng)性、功耗和代價(jià)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等幾個(gè)部分。RSSI利用已知發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算信號(hào)在傳播過(guò)程中的損耗，使用理論或經(jīng)驗(yàn)的信號(hào)傳播模型將傳播損耗轉(zhuǎn)化為距離。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，理論上通過(guò)4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的RSSI信息就可用三邊測(cè)量法決定一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的空間位置。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，由于無(wú)線信號(hào)對(duì)于復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力較弱，這種方法的精確度不高。但是其借助的硬件設(shè)備較少，而且很多無(wú)線通信模塊都可以直接提供RSSI值。因此，基于RSSI的測(cè)距方法還是被廣泛應(yīng)用的。綜合以上因素以及結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備, 本文選用基于RSSI 測(cè)距的定位方式，結(jié)合三角形定位算法和加權(quán)質(zhì)心定位算法進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。與此同時(shí)，目前比較成熟的RFID室內(nèi)定位方案有Spot ON、3DiD pinpoint和LANDMARC。以上這三種RFID室內(nèi)定位方案都是采用射頻信號(hào)強(qiáng)度( RSSI) 數(shù)據(jù)作為定位依據(jù)?；赗SSI測(cè)距是一種廉價(jià)的測(cè)距技術(shù)。RSSI測(cè)量在硬件上是相當(dāng)便宜和簡(jiǎn)單的, 且原則上只要芯片之間能夠通信, 就能夠估測(cè)出二者之間的距離, 因此其應(yīng)用范圍十分廣泛。其中LANDMARC系統(tǒng)引入?yún)⒖紭?biāo)簽來(lái)輔助定位, 穩(wěn)定、受環(huán)境變化的影響較小、成本較低、定位精度較高。由于考慮了全局的參考標(biāo)簽, 采用LANDMARC 算法的RFID定位技術(shù)實(shí)時(shí)性較低, 通常情況下是采取每30s實(shí)現(xiàn)一次追蹤定位的策略, 然而在追求更高定位性能的應(yīng)用中, LANDMARC算法還不能滿(mǎn)足實(shí)際需求。本文致力于減少LANDMARC算法無(wú)關(guān)的計(jì)算量的同時(shí)保持甚至提高定位精度, 提出一種利用對(duì)射頻信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制進(jìn)行定位區(qū)域的細(xì)化的策略來(lái)消除距離待定位標(biāo)簽較遠(yuǎn)的讀卡器和參考標(biāo)簽對(duì)定位計(jì)算的影響。雖然本算法對(duì)于應(yīng)用環(huán)境和標(biāo)簽有一定的要求, 但是對(duì)于應(yīng)用在更注重相對(duì)穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境中獲得更佳的定位性能RFID定位系統(tǒng), 本算法具有一定的優(yōu)勢(shì)。2 射頻識(shí)別技術(shù)（RFID） 射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）及其特點(diǎn)Radio Frequency Identification （RFID）通稱(chēng)電子標(biāo)簽技術(shù)，也稱(chēng)射頻識(shí)別技術(shù)，是無(wú)線電頻率識(shí)別的簡(jiǎn)稱(chēng)，即通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行識(shí)別。它作為以綜合乃個(gè)快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集與處理信息的高新技術(shù)和信息標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)，被列為21世紀(jì)十大重要技術(shù)之一。RFID技術(shù)通過(guò)對(duì)實(shí)體對(duì)象（包括零售商品、物流單元、集裝箱、貨運(yùn)包裝、生產(chǎn)零部件等）得唯一有效標(biāo)識(shí)，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、零售、物流、交通等各個(gè)行業(yè)。射頻識(shí)別技術(shù)通常是以微小的無(wú)線收發(fā)器為標(biāo)簽（Tag）來(lái)標(biāo)志某個(gè)物體，這個(gè)物體在RFID技術(shù)中常稱(chēng)為對(duì)象（Object）。標(biāo)簽上攜帶一些關(guān)于這個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)信息。作為標(biāo)簽的無(wú)線收發(fā)器通過(guò)無(wú)線電波將這些數(shù)據(jù)發(fā)射到附近的閱讀器（Reader）。閱讀器可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，并且可以通過(guò)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)傳送它們。圖21 自動(dòng)識(shí)別方法綜合示意圖射頻識(shí)別技術(shù)是一種易于操控、簡(jiǎn)單實(shí)用且特別適用于自動(dòng)化控制的應(yīng)用技術(shù)，起基本原理是利用射頻信號(hào)耦合（電感或電磁耦合）或雷達(dá)反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。其特點(diǎn)是利用無(wú)線電波來(lái)傳送識(shí)別信息，不受空間限制，可快速地進(jìn)行物體追蹤和數(shù)據(jù)交換。工作時(shí)，這種電子標(biāo)簽與閱讀器的作用距離近可以小雨1cm，遠(yuǎn)可以達(dá)到數(shù)十米甚至上百米。通過(guò)這種對(duì)對(duì)象進(jìn)行非接觸式信息采集處理的方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)物體（如設(shè)備、車(chē)輛和人員）在不同狀態(tài)（高速移動(dòng)或靜止）下的自動(dòng)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的自動(dòng)化管理或控制。它存放的識(shí)別信息是數(shù)字化的，因此通過(guò)編碼技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。還可以容易地對(duì)多標(biāo)簽、多閱讀器進(jìn)行組合健忘，以完成大范圍的系統(tǒng)應(yīng)用，并構(gòu)成完善的信息系統(tǒng)。由于采用RFID電子標(biāo)簽的技術(shù)可免除物體跟蹤過(guò)程中的人工干預(yù)，在節(jié)省大量人力的同時(shí)可以大大提高工作效率。 RFID的組成射頻識(shí)別是通過(guò)無(wú)線傳送的數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)和識(shí)別帶有標(biāo)簽的物體。因此RFID的基本硬件組成部分是標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）還有天線（Antenna）；軟件組成包括RFID系統(tǒng)軟件、中間件和應(yīng)用軟件等后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)。圖22 RFID組成電子標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)中的重要部件，主要由天線和芯片兩部分組成，芯片主要由存儲(chǔ)器、控制器、編碼器、調(diào)制器等組成，其中電源根據(jù)標(biāo)簽的發(fā)射功率選配。作為被識(shí)別物的”身份卡”，附著在標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象上，是RFID的信息載體，其可以根據(jù)需要做成各種樣式，但無(wú)論做成何種樣式在其內(nèi)部都存儲(chǔ)著獨(dú)立且唯一的電子編碼，使得它能區(qū)分不同的被標(biāo)識(shí)物。電子標(biāo)簽根據(jù)不同的分類(lèi)方法，可以分為許多種類(lèi)。按工作頻率的不同可分為低頻、高頻、超高頻；按供電形式可以分為有源標(biāo)簽、無(wú)源標(biāo)簽、半無(wú)源標(biāo)簽；按調(diào)制方式不同可以分為主動(dòng)式、被動(dòng)式、半被動(dòng)式。圖23 RFID電子標(biāo)簽（Reader）閱讀器是RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵終端，它通過(guò)天線向電子標(biāo)簽發(fā)送射頻調(diào)制信號(hào)，同時(shí)通過(guò)天線接收從電子標(biāo)簽返回的載有信息的射頻調(diào)制信號(hào)，經(jīng)處理后傳給中間件或應(yīng)用系統(tǒng)。典型的閱讀器終端由天線模塊、射頻模塊、控制塊模、I/O接口等組成。射頻模塊負(fù)責(zé)接收射頻信號(hào)和發(fā)送包含數(shù)據(jù)的射頻信號(hào)；控制模塊可通過(guò)控制本振來(lái)調(diào)整射頻模塊發(fā)射和接收頻率，對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼調(diào)制，對(duì)接收進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼、校驗(yàn)，并通過(guò)數(shù)據(jù)處理將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)格式通過(guò)I/O接口發(fā)送給應(yīng)用系統(tǒng)；應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)向閱讀器發(fā)出讀取命令，作為響應(yīng)，閱讀器控制模塊通過(guò)一系列動(dòng)作，調(diào)整射頻模塊參數(shù)，通過(guò)天線模塊使閱讀器和電子標(biāo)簽之間建立通信，完成信息交互。根據(jù)不同的應(yīng)用，各種閱讀器在結(jié)構(gòu)和形式上也是千差萬(wàn)別。大致可分類(lèi)如下：固定式閱讀器、工業(yè)閱讀器、便攜式閱讀器以及大量特殊結(jié)構(gòu)的閱讀器。圖24 閱讀器的原理組成閱讀器一般完成如下功能：1）閱讀器與電子標(biāo)簽之間的通信，在規(guī)定技術(shù)條件下，閱讀器與電子標(biāo)簽之間可以進(jìn)行雙向通信；2）閱讀器與計(jì)算機(jī)之間可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通信（如，RS232/RS45RJ45 、WLAN802。11），并提供閱讀器識(shí)別碼、讀出電子標(biāo)簽襯里時(shí)間及該標(biāo)簽的信息；3）能夠同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽，具備防沖撞功能；4）適用于固定和移動(dòng)標(biāo)簽的識(shí)讀；5）能夠校驗(yàn)讀寫(xiě)過(guò)程中的錯(cuò)誤；6）對(duì)于有源系統(tǒng)，閱讀器可以標(biāo)識(shí)電池相關(guān)信息；7）能有效控制電子標(biāo)簽，并具備一定的安全防護(hù)措施。 天線（Antenna）天線在標(biāo)簽和閱讀器之間傳遞射頻信號(hào)。 后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)RFID系統(tǒng)的控制和管理中心，它由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、信息數(shù)據(jù)中心以及用于管理和控制的應(yīng)用系統(tǒng)組成，其可以通過(guò)API函數(shù)接口與RFID讀寫(xiě)器建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和功能調(diào)用。 RFID的分類(lèi)（1）按工作頻率分為：①低頻（LF，頻率范圍為30～300kHz）：工作頻率低于135kHz，最常用的是125kHz；②高頻（HF，頻率范圍為3～30kHz）：工作頻率為13。56MHz177。7kHz；③特高頻（UHF，頻率范圍為300MHz～3GH在）：工作頻率為433MHz，866～960MHz和2。5GHz；④超高頻（SHF，頻率范圍3～30GHz）：工作頻率為5。8GHz和24GHz，但目前24GHz基本沒(méi)有采用。其中，后3個(gè)頻段為ISM（Industrial Scientific Medical）頻段。ISM頻段是為工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用而保留的頻率范圍，不同的國(guó)家可能會(huì)有不同的規(guī)定。UHF和SHF都在微波頻率范圍內(nèi)，微波頻率范圍為300MHz～300GHz。在RFID技術(shù)的術(shù)語(yǔ)中，又是稱(chēng)無(wú)線電頻率的LF喝HF為RFID低頻段，UFH和SHF為RFID的高頻段。RFID技術(shù)涉及無(wú)線電的低頻、高頻、特高頻和超高頻頻段。在無(wú)線電技術(shù)中，這些頻段的技術(shù)實(shí)現(xiàn)差異很大，因此可以說(shuō)，RFID技術(shù)的空中接口覆蓋了無(wú)線技術(shù)的全頻段。（2）按供電形式分類(lèi)依據(jù)射頻標(biāo)簽工作所需能量的供給方式，可以將RFID系統(tǒng)分為：有源、無(wú)源和半有源系統(tǒng)?！坝性础笔侵竷?nèi)置有電池提供電源，其作用距離較遠(yuǎn)，但壽命有限、提及較大、成本高，且不適合在惡劣環(huán)境下工作；“無(wú)源”指內(nèi)無(wú)電池，它利用波束供電