室内定位面临的挑战_凯利讯

　　测量位置已经成为户外导航系统的一个引人注目的成功，并且在室内有一个强烈的重复。能够找到一个人在一个建筑内可以帮助许多不同的方式，从找到一个塔楼中的合适的办公室，定位一个必要的部门，甚至一个特定的产品在商店，或提供高度有针对性的交易，当你走遍超市。

　　不幸的是，通过GPS、GLNASS或即将到来的伽利略系统的卫星定位技术，即使在接收机与多径信号和无法到达的情况下，标称增强的测量精度降低到1米，也不能满足室内定位的要求。看卫星。

　　欧洲GNSS机构(GSA)和RX网络的测试测量了GALILIO在全球环境中使用GPS和GLNASS的各种组合中的性能，包括城市峡谷和室内，使用多星座GNSS接收器。虽然使用伽利略，或多颗卫星，有助于城市峡谷户外，结果表明，室内性能仍然较差(图1)。

　　                                          城市峡谷1                   城市峡谷2

　　GPS                                     331.9米                     76.2米

　　GPS+GLONASS                    42.9(13%)                 7.6 m(10%)

　　GPS+伽利略                          10.7(3%)                    5.4米(7%)

　　GPS+GLONASS+伽利略            43(13%)                  24.7米(32%)

　　正数表明GPS的改进。

　　                                               室内1                              室内2

　　GPS                                          278.7米                           70.3

　　GPS+GLONASS                        68.4 m(25%)

　　GPS+Galio                                24.6 m(9%)                 10.1 m(14%)

　　GPS+GLONASS+伽利略             64 m(23%)                  15.8 m(23%)

　　正数表明GPS的改进。

　　图1：卫星导航系统的真实世界室内性能。

　　然而，卫星覆盖是一项关键技术，MaXIM的MX27也涵盖了GPS、GLNASS和GaliLo导航卫星系统，它们可以集成在可穿戴和便携式设计中。这种单转换，低中频GNSS接收机使用低功率SiGe BiCMOS工艺技术，以低成本提供高性能和集成。

　　集成在芯片上的是完整的接收器链，包括双输入LNA和混频器，接着是图像拒绝滤波器、PGA、VCO、分数N频率合成器、晶体振荡器和多位ADC。该接收器的总级联噪声系数低至1.4分贝，可以帮助提高室内使用的灵敏度。

　　该MX767也消除了对外部IF滤波器的需要，通过实施片上单片滤波器，只需要几个外部组件，形成一个完整的低成本的GPS接收器解决方案在一个小的形状因素的可穿戴设计。集成Delta Sigma分数N频率合成器允许在±40 Hz精度内编程IF频率，同时以主机系统中可用的任何参考或晶体频率操作，并且数据以CMOS逻辑电平或有限差分输出。逻辑层次。

　　为了提高这种用于室内定位的装置的性能，可以增加其他技术来提高室内定位精度。一种方法是使用已经安装在许多智能手机中的表面安装3轴加速度计，例如飞思卡尔半导体MMA8653，以确定终端的朝向。从卫星位置开始，可以检测到任何曲折，以提供位置的惯性测量。不幸的是，这需要一个定期的卫星测量，它可以消耗电池的电池，并显示出与准确性斗争。这也需要室内环境的地图，这可能是个问题。

　　另一种方法是使用本地Wi-Fi无线信号来确定位置。这对天线制造商提出了一个挑战，即将GPS和Wi-Fi的不同灵敏度要求结合起来。事实上，诸如AtNOVA M1047 8的模块被专门设计来拒绝2.4 GHz频带以防止干扰并提高GPS接收的准确性。

　　ReNONOVA M1078射频天线模块是一种超紧凑的单一封装，它将L1波段GPS和辅助GPS系统的RF和天线组合在同一模块上。

　　AMOVA无线M1078 GPS模块的成像

　　图2：来自ANONOVA的ReNONOVA M1078 GPS模块。

　　它是基于CSR的SIFRSTARIV GPS架构，但关键是它与Antenova的高效率天线技术相结合，为GPS接收提供最佳的辐射模式。所有前端和接收器组件都包含在单个封装层压板基础模块中，提供了一个完整的GPS接收器以获得最佳性能。

　　M1047在一个单一的1.8 V正电源，低功耗和多个低功耗模式，进一步节省电力。精确的0.5 ppm TCXO确保了短时间的第一次定位(TTFF)，这对于惯性导航组合是至关重要的。M1078由SIRF软件支持，并通过UART、SPI或I/C主机接口连接到控制器。

　　天线图像M1047 8方块图

　　图3：M1078框图。

　　类似地，来自TelIT的JF2是基于SIRF IV GPS芯片的1.8 V模块。这与外部控制器具有相同的UART、SPI或I/C主机接口，但也被优化以连接到TELIT蜂窝电话模块。这提供了辅助的GPS能力，它使用来自卫星的一些数据，并将它与来自手机桅杆的数据链接起来，以提供更快的修复时间。然而，在室内，这可能遭受缺乏渗透，特别是对于1800 MHz信号。

　　因此，有几个新公司争相提供几种不同方法的位置信息，尽管也有挑战ISO/IEC 24730标准的实时定位系统(RTLS)。

　　在去年收购WiFrLIM之后，苹果已经被授予了一个专利申请，该系统结合了GPS、Wi-Fi接入点和车载位置数据库来提供室内位置信息。这通过使用多个Wi-Fi接入点来通过将代码发送到基于服务器的定位系统来缩小终端的位置。然后，系统估计接入点范围内其他设备的“存在区域”。然后使用附近的其他接入点来细化位置信息，特别是在存在区域中的位置信息。

　　亚拉巴马州的Q轨道采用了不同的方法，使用1 MHz的无线信号来提供位置信息。使用低频通过地板和墙壁提供更多的穿透，并且不易受到多径干扰。

　　然而，Q轨道技术不使用信号强度来测量发射机和接收机之间的距离或像GPS那样的飞行时间。相反，它测量信号的相位，并利用近场特性来确定接收机的位置和发射机的距离。室外系统精确到15厘米说公司，在室内上升到几米。然而，通过映射出建筑物的RF环境，这可以减少到40厘米，允许Q轨道标签被精确定位。

　　随着物联网(IOT)增加更多的无线连接，有其他的机会来定位人的位置和标签在室内而不依赖于GPS。

　　都柏林的DeAWAVE使用来自低功率、扩频GHz脉冲的飞行时间测量，以提供室内精度下降到10厘米。这主要用于定位设备而不是可穿戴系统，尽管它被用于监测卫生设备。

　　DW1000 SCNSOR(搜索控制执行网络感知服从响应)使用ZigBee使用的IEEE802.15.4 2011标准的相同超宽带技术，其数据速率高达6.8兆比特/秒，并且从相干接收机设计到高达300米的范围。该方法是免疫多径衰落，因此允许可靠的通信在高衰落环境下在室内的情况。

　　DeWAVE DW1000感应器图

　　图4：用于室内跟踪的DeaWaveDW1000扫描仪。

　　结论

　　在可穿戴设备中增加室内定位技术是一个有待解决的挑战。诸如GPS、蜂窝和Wi-Fi等无线技术的结合提供了许多终端，但不是所有终端存在的路由。这也带来了形状因素和功耗的挑战。结合不同的技术，确保互操作性和非干扰性也是设计者必须面对的挑战。