文 / 劉云浩

在互聯(lián)網(wǎng)普及之前，當(dāng)人們想要上街購(gòu)物時(shí)，往往需要做很多準(zhǔn)備工作。首先需要找張地圖，找到要去的商場(chǎng)，再研究好路線。然后還要翻閱報(bào)紙，雜志上面的各種信息，找出各種打折優(yōu)惠的商店。如果逛街的時(shí)間較長(zhǎng)，或許還得事先看看各種餐廳的廣告，查好附近有哪些吃飯的地方，哪家餐廳比較美味實(shí)惠……然而，不管事前謀劃得如何充分詳細(xì)，人算不如天算，實(shí)際情況有時(shí)候并不會(huì)和人們預(yù)想的一樣，因此還需要?jiǎng)討B(tài)地調(diào)整方案，為此可能還要事先做好備用方案。

到了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，情況發(fā)生了改觀。人們不再需要查詢地圖，不再需要翻閱報(bào)紙。所有的一切，只需要連上互聯(lián)網(wǎng)，敲入人們想知道的內(nèi)容，通過(guò)搜索引擎一搜，就都知道了?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代將各種信息進(jìn)行了整合，讓人們可以快速便捷地獲取各類信息，再根據(jù)這些信息來(lái)制訂計(jì)劃，付諸實(shí)施。然而人們依然需要事先做好準(zhǔn)備，同時(shí)也無(wú)法應(yīng)對(duì)計(jì)劃外的情況。

到了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，情況再一次發(fā)生了巨大的變革。人們不再需要做事前的準(zhǔn)備。開(kāi)車的時(shí)候用GPS定位自動(dòng)導(dǎo)航，計(jì)算機(jī)就會(huì)自動(dòng)算出最優(yōu)的路線；而在逛街的時(shí)候，手機(jī)或者PDA可以自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前的位置，查詢附近店鋪的打折優(yōu)惠消息；在要吃飯的時(shí)候，手機(jī)也可以自動(dòng)根據(jù)位置找到附近餐館的信息，甚至可以給出電子菜單。從過(guò)去的事前制訂“萬(wàn)全之策”，變成“隨機(jī)應(yīng)變”，或者說(shuō)是“以不變應(yīng)萬(wàn)變”——不管情況出現(xiàn)什么變化，都只需要打開(kāi)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行查詢就可以了。

位置信息

是什么使人們的任務(wù)變輕松了呢？隱藏在各種琳瑯滿目的自動(dòng)化服務(wù)背后的是一個(gè)共同的信息——位置。位置信息可以說(shuō)是最重要的信息之一。在軍事上，地理因素經(jīng)常對(duì)戰(zhàn)局起著關(guān)鍵性的作用。在日常生活中，位置信息也有著重要的作用。

位置信息不只是空間信息。具體而言，位置信息包括三大要素：所在的地理位置、處在該地理位置的時(shí)間、處在該地理位置的對(duì)象（人或設(shè)備）。也就是說(shuō)，位置信息承載了“時(shí)間”、“空間”、“人物”三大關(guān)鍵信息，其信息的內(nèi)涵可謂十分豐富。利用這些信息，不僅可以“因地制宜”，提供所在地附近的相關(guān)服務(wù)．還可以根據(jù)時(shí)間“見(jiàn)機(jī)行事”，提供時(shí)效性更佳的服務(wù)。更可以“因人而異”，提供個(gè)性化的定制服務(wù)。

既然位置信息如此重要，如何獲取位置信息就理所當(dāng)然地成為了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的一個(gè)重要研究課題。幾十年來(lái)，人們?cè)诙ㄎ患夹g(shù)領(lǐng)域做出了大量的研究，使定位變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，越來(lái)越接近人們的生活。十幾年前，GPS還是只有科學(xué)考察、探險(xiǎn)等特殊應(yīng)用才裝備的專業(yè)工具，而今天，即使是人們平常隨身攜帶的手機(jī)，都可以配備上GPS定位模塊。根據(jù)ABI Research的一項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2009年全球GPS手機(jī)的銷量達(dá)到了2.4億臺(tái)。

定位系統(tǒng)

1、GPS

GPS（Global Positioning System）是目前世界上最常用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS計(jì)劃開(kāi)始于1973年，由美國(guó)國(guó)防部領(lǐng)導(dǎo)下的衛(wèi)星導(dǎo)航定位聯(lián)臺(tái)計(jì)劃局（JPO）主導(dǎo)進(jìn)行研究。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究和試驗(yàn)，1989年正式開(kāi)始發(fā)射GPS工作衛(wèi)星，1994年，第24顆（也是最后一顆）工作衛(wèi)星的發(fā)射，標(biāo)志著GPS衛(wèi)星星座組網(wǎng)的完成，從此GPS正式投人使用。

 由于美國(guó)國(guó)防部的背景，GPS系統(tǒng)最初被設(shè)計(jì)為軍用。1983年，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)的里根做出指示，當(dāng)GPS的研究與應(yīng)用成熟后，將對(duì)民用工業(yè)開(kāi)放，允許民間自由使用GPS技術(shù)。然而，在GPS投人使用之后，對(duì)民間應(yīng)用仍有諸多限制，僅有軍用接收機(jī)可以享受到高質(zhì)量的信號(hào)（精度可達(dá)20m），供民用的信號(hào)質(zhì)量被故意降低（精度約300m）。2000年5月1日，美國(guó)總統(tǒng)比爾.克林頓命令取消GPS系統(tǒng)的這種區(qū)別對(duì)待，從此民用GPS信號(hào)也可以達(dá)到20m的精度，極大地拓展GPS在民用工業(yè)方面的應(yīng)用。

由于GPS在軍事及民用方面的應(yīng)用效果顯著，為了避免戰(zhàn)時(shí)受制于人，其他的國(guó)家也陸續(xù)展開(kāi)了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研究和部署。目前已經(jīng)投人使用的有俄羅斯的GLONASS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和我國(guó)的北斗一號(hào)區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。歐盟的伽利略定位系統(tǒng)目前正在部署中，預(yù)計(jì)將于2014年正式投人使用。我國(guó)目前正在建設(shè)自主研發(fā)的北斗二號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，屆時(shí)將可提供全球范圍的信號(hào)覆蓋。

 GPS系統(tǒng)由以下三大部分組成。

 1） 宇宙空問(wèn)部分。GPS系統(tǒng)的宇宙空間部分由24顆工作衛(wèi)星構(gòu)成，最初的設(shè)計(jì)將24顆衛(wèi)星均勻分布到3個(gè)軌道平面上，每個(gè)平面8顆衛(wèi)星，但之后改為采用6軌道平面，每平面4顆衛(wèi)星的設(shè)計(jì)。GPS的衛(wèi)星布局保證在地表絕大多數(shù)位置，任一時(shí)刻都有至少6顆衛(wèi)星在視線之內(nèi)，可以進(jìn)行定位。

 2） 地面監(jiān)控部分。GPS系統(tǒng)的地面監(jiān)控部分包括1個(gè)位于美國(guó)科羅拉多州Schriever空軍基地的主控中心（Master Control Station,MCS），4個(gè)專用的地面天線，以及6個(gè)專用的監(jiān)視站。此外還有個(gè)緊急狀況下備用的主控中心，位于馬里蘭州蓋茨堡。

3） 用戶設(shè)備部分。要使用GPS系統(tǒng)，用戶端必須具備一個(gè)GPS專用接收機(jī)。接收機(jī)通常包括一個(gè)和衛(wèi)星通信的專用天線，用于位置計(jì)算的處理器，以及一個(gè)高精度的時(shí)鐘。隨著技術(shù)的發(fā)展．GPS接收機(jī)變得越來(lái)越小型和廉價(jià)，已經(jīng)可以集成到大多數(shù)日用電子設(shè)備中，目前配備有GPS接收機(jī)的手機(jī)已不在少數(shù)。

 GPS定位的基本運(yùn)作原理很簡(jiǎn)單，首先測(cè)得接收機(jī)與三個(gè)GPS衛(wèi)星之間的距離，然后通過(guò)三點(diǎn)定位方式確定接收機(jī)的位置。不熟悉三點(diǎn)定位的讀者可以用一個(gè)例子來(lái)簡(jiǎn)單了解三點(diǎn)定位的原理：首先拿出三根鉛筆，假設(shè)這三根鉛筆的長(zhǎng)度表示測(cè)得的接收機(jī)到三顆衛(wèi)星的距離；然后將三個(gè)鉛筆的一頭固定在桌面上的某個(gè)位置，這個(gè)位置就表示三顆衛(wèi)星在空間中的位置；最后，移動(dòng)三根鉛筆未被固定的另一頭，使它們交匯在一點(diǎn)（在這個(gè)例子里面，只可能有一個(gè)位置可以讓三點(diǎn)交匯），這個(gè)交匯的位置就是接收機(jī)的位置。實(shí)際的GPS系統(tǒng)中，根據(jù)參考衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，以及到參考衛(wèi)星的距離，可以在空間中確定出一個(gè)唯一的球面；三顆衛(wèi)星可以確定出三個(gè)球面，通常情況下，兩個(gè)球面的交集是一個(gè)圓，三個(gè)球面的交集是兩個(gè)點(diǎn)。因?yàn)槠渲杏幸粋€(gè)點(diǎn)的位置在宇宙空間中——這顯然不可能是接收機(jī)的位置，因此只需要選取靠近地面的那個(gè)點(diǎn)作為接收機(jī)的坐標(biāo)即可。

 了解了三點(diǎn)定位的原理之后，問(wèn)題只剩下一個(gè)：如何測(cè)得接收機(jī)與GPS衛(wèi)星間的距離？每一顆GPS工作衛(wèi)星都在不斷地向外發(fā)送信息，每條信息中都包含有信息發(fā)出的時(shí)刻，以及衛(wèi)星在該時(shí)刻的坐標(biāo)。接收機(jī)會(huì)接收這些信息，同時(shí)根據(jù)自己的時(shí)鐘記錄下接收到信息的時(shí)刻。這樣，用接收到信息的時(shí)刻，減去信息發(fā)出的時(shí)刻，就得到信息在空間中傳播所用的時(shí)間。將這個(gè)時(shí)間乘上信息傳播的速度（信息通過(guò)電磁波傳遞，其速度為光速），就得到了接收機(jī)到信息發(fā)出時(shí)的衛(wèi)星坐標(biāo)之間的距離。

根據(jù)GPS的工作原理，可以看出時(shí)鐘的精確度對(duì)定位的精度有著極大的影響。目前GPS工作衛(wèi)星上搭載的是銫原子鐘，精度極高，140萬(wàn)年才會(huì)出現(xiàn)1秒的誤差。然而，受限于成本，接收機(jī)上面的時(shí)鐘不可能擁有和星載時(shí)鐘同樣的精度，而即使是微小的計(jì)時(shí)誤差，乘上光速之后也會(huì)變得不容忽視。因此，盡管理論上三顆衛(wèi)星就已足夠進(jìn)行定位．但是實(shí)際中GPS定位需要借助至少四顆衛(wèi)星。換句話說(shuō)，所處的位置必須至少能接收到四顆衛(wèi)星的信號(hào)，方可以應(yīng)用GPS來(lái)進(jìn)行定位。這極大地制約了GPS的適用范圍，當(dāng)處于室內(nèi)環(huán)境時(shí)，由于電磁遮蔽的效應(yīng)，往往難以接收到GPS的信號(hào)，因此GPS這種定位方式主要在室外場(chǎng)景施展拳腳。其中最為典型的應(yīng)用就是汽車導(dǎo)航。

隨著人類社會(huì)的發(fā)展，城市變得越來(lái)越大，交通系統(tǒng)也變得越來(lái)越復(fù)雜。沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員往往容易在城市中迷失方向，或是“找不著北”（搞不清楚自己的位置），或是“南轅北轍”  （走錯(cuò)了路線繞了彎路）。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)利用了GPS技術(shù)，通過(guò)在汽車上安裝GPS接收機(jī)，就可以通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)來(lái)找到自己的位置，再利用內(nèi)置的地圖來(lái)輔助駕駛。由于汽車的行駛區(qū)域大部分都是戶外，僅有少數(shù)時(shí)候會(huì)進(jìn)人隧道等有遮蔽的地方，因此大多數(shù)時(shí)候GPS定位效果都非常良好。

隨著感知技術(shù)和智能技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)也在不斷進(jìn)化。最早期的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，僅僅能通過(guò)衛(wèi)星定位找出當(dāng)前位置，并顯示當(dāng)前區(qū)域的地圖，具體要走哪條路，還得駕駛員自己拿主意。這只能解決“找不著北”的問(wèn)題，如果對(duì)道路不熟悉的話，還是會(huì)出現(xiàn)“南轅北轍”的情況。第二代汽車導(dǎo)航系統(tǒng)作出了改進(jìn)，不但可以顯示出當(dāng)前的位置，還可以根據(jù)駕駛員輸入的目的地來(lái)自動(dòng)找出最短的路線，從而避免走彎路。而到了互聯(lián)剛時(shí)代，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)又進(jìn)一步進(jìn)化，可以通過(guò)移動(dòng)電話的GSM網(wǎng)絡(luò)與交通管理部門(mén)的服務(wù)器取得聯(lián)系，獲取最新的路況資訊，從而指導(dǎo)路線的選擇。譬如通過(guò)網(wǎng)絡(luò)得知某路段正在施工，或者正在堵車，那么在規(guī)劃路線的時(shí)候，計(jì)算機(jī)就會(huì)自動(dòng)避開(kāi)該路段，使得路線更加優(yōu)化。

到了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，汽車導(dǎo)航技術(shù)又會(huì)有什么進(jìn)化呢？物聯(lián)網(wǎng)的一大特點(diǎn)是感知更加透徹，除了道路狀況，還可以感知各種各樣的要素——污染指數(shù)，紫外線強(qiáng)度、天氣狀況、附近的加油站……同時(shí)還可以更深入地感知駕駛員的狀況——健康狀況、駕駛水平、出行目的……路線的選擇不再是“最快速到達(dá)目的地”，而是“最適合駕駛員，最適合這次出行”。比如探測(cè)到駕駛員身體狀況不佳，在安排路線的時(shí)候就盡量避開(kāi)環(huán)境較差的路段，轉(zhuǎn)而選擇空氣清新景色秀麗的路線；比如駕駛員要做長(zhǎng)途駕駛，就要根據(jù)汽車的油量，選擇在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候經(jīng)過(guò)加油站，以便于加油，比如駕駛員剛領(lǐng)駕駛執(zhí)照沒(méi)幾天，那就要避開(kāi)一些路況復(fù)雜的路段。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，汽車導(dǎo)航將從過(guò)去的“以路為本”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙匀藶楸尽保玫馗纳迫藗兊鸟{駛質(zhì)量。

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2、蜂窩基站定位

雖然GPS可以說(shuō)是定位界的龍頭老大，但是它并不能應(yīng)付所有的情況。如同前面所說(shuō)，在室內(nèi)環(huán)境中，GPS的定位效果很差，甚至很多時(shí)候根本就無(wú)法進(jìn)行GPS定位。此外，GPS接收機(jī)的啟動(dòng)也相對(duì)比較緩慢，往往需要3～5分鐘的時(shí)間，因此定位速度也相對(duì)較慢。有時(shí)候，人們的應(yīng)用其實(shí)并不需要GPS那么高的精度，為了一些簡(jiǎn)單的定位應(yīng)用而請(qǐng)出龍頭老大，未免殺雞用牛刀。另一方面，盡管隨著GPS接收機(jī)的廉價(jià)化和小型化，配備GPS接收機(jī)的設(shè)備正變得越來(lái)越多，但始終還有大量的移動(dòng)設(shè)備并沒(méi)有集成GPS模塊。移動(dòng)通信設(shè)備對(duì)于定位有很大的需求，然而，并不是每一臺(tái)手機(jī)都配備了GPS接收器。綜合這兩方面因素，在很多時(shí)候人們都需要用蜂窩基站定位來(lái)作為GPS定位的補(bǔ)充。

蜂窩基站定位主要應(yīng)用于移動(dòng)通信中廣泛采用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，目前大部分的GSM、CDMA、3G等通信網(wǎng)絡(luò)均采用了蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)基于一個(gè)數(shù)學(xué)猜想；在各種各樣的圖形中，正六邊形可以使用最少的頂點(diǎn)覆蓋最大的面積，而蜂窩的名字也正是由此而來(lái)。在通信網(wǎng)絡(luò)中，通信區(qū)域被劃分成一個(gè)個(gè)蜂窩小區(qū)，通常每個(gè)小區(qū)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的基站。以GSM網(wǎng)絡(luò)為例，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備要進(jìn)行通信時(shí)，先連接所在蜂窩小區(qū)的基站，然后通過(guò)該基站接入GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。換言之，在進(jìn)行移動(dòng)通信時(shí)，移動(dòng)設(shè)備始終是和一個(gè)蜂窩基站聯(lián)系起來(lái)的，蜂窩基站定位就是利用這些基站來(lái)定位移動(dòng)設(shè)備的。

最簡(jiǎn)單的定位方法是COO定位（Cell of Origin），它是一種單基站定位方法。這種方法非常原始，就是用移動(dòng)設(shè)備所屬基站的坐標(biāo)視為移動(dòng)設(shè)備的坐標(biāo)?？上攵@種定位方法的精度很低，其精度直接取決于基站覆蓋的范圍。如果基站覆蓋范圍半徑為50m，那么其誤差最大就是50m。在一些基站分布十分疏松的區(qū)域，一個(gè)基站覆蓋的范圍，半徑可達(dá)幾千米，這個(gè)誤差就相當(dāng)大了。這種定位方法唯一的優(yōu)勢(shì)在于速度，通常只需要2～3秒時(shí)間就可以完成定位，因此適用于情況緊急的場(chǎng)合。

只使用一個(gè)基站測(cè)得的數(shù)據(jù)，是很難得到目標(biāo)精確的位置的。要想更精確地定位，需要更全面的測(cè)量。利用多個(gè)基站同時(shí)測(cè)量可以做到這一點(diǎn)。多基站定位方法中，最常用的是TOA／TDOA定位。TOA（Time  0fArrival）基站定位法很像之前介紹過(guò)的GPS定位方法，不同之處在于把衛(wèi)星換成了基站。這種計(jì)算方法對(duì)時(shí)鐘同步精度要求很高，而基站時(shí)鐘精度自然遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上GPS衛(wèi)星的水平；此外多徑效應(yīng)也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。實(shí)際中，人們用得更多的是TDOA（Time  Difference  0f  Arrival）定位法，不是直接用信號(hào)的發(fā)送和到達(dá)時(shí)間來(lái)求位置，而是用信號(hào)到達(dá)不同基站的時(shí)間差來(lái)建立方程組求解位置，通過(guò)時(shí)間差抵消掉了一大部分時(shí)鐘不同步帶來(lái)的誤差。

TOA和TDOA測(cè)量法都至少需要三個(gè)基站才能進(jìn)行定位，如果人們所在的區(qū)域基站分布比較稀疏，周圍能收到信號(hào)的基站只有兩個(gè)，情況就比較尷尬了。在這種情況下，可以使用AOA（Angel  of  Arrival）定位法。如圖4. 1所示。只要知道了定位目標(biāo)與兩個(gè)基站間連線的方位，就可以利用兩條射線的交點(diǎn)確定出目標(biāo)的位置。然而，要測(cè)量目標(biāo)到基站間連線的力向可不是一件簡(jiǎn)單的事情，需要配備價(jià)格不菲的方向性強(qiáng)的天線陣列。

蜂窩基站定位法的一個(gè)典型應(yīng)用是緊急電話定位。對(duì)緊急電話作出定位非常重要，設(shè)想一下，假如人們目擊到有小偷正在偷東西，于是撥打110報(bào)警。如果不知道撥打電話時(shí)所在的位置，那就只好把電話接到110總部，在聽(tīng)取了詳細(xì)情況，詢問(wèn)了位置之后，再將電話轉(zhuǎn)撥到附近的警察局。這么一來(lái)一去大費(fèi)周章，小偷只怕早就逃之夭夭了。所謂兵貴神速，如果在用手機(jī)撥打110的時(shí)候，手機(jī)可以自動(dòng)根據(jù)附近的基站確定出當(dāng)前的位置，將電話直接接到附近的警局，那么警方就可以及時(shí)出動(dòng)，懲惡鋤奸。

再舉一個(gè)例子。假如人們?nèi)ヒ巴獾巧?，在陶醉于大自然的美景之后迷失了方向，所幸手機(jī)還有信號(hào)，可以向外求援。如果不知道當(dāng)前的位置，手機(jī)又沒(méi)有GPS定位功能，那只能寄望于搜救隊(duì)的地毯式搜索。而基站定位可以大展神威，即使不能非常精確地得知人們的位置，也可以迅速確定人們所在的大致范圍，極大地加快搜救工作的速度。

北美地區(qū)的E-911系統(tǒng)（Enhanced  911）是目前比較成熟的緊急電話定位系統(tǒng)（911是北美地區(qū)的緊急電話號(hào)碼，相當(dāng)于我國(guó)的110）。在這套系統(tǒng)中，除了之前提到的ToA、TDoA、AoA信號(hào)強(qiáng)度等定位方法以外，還應(yīng)用了一系列混合定位方祛，譬如在后續(xù)章節(jié)將會(huì)介紹的A -GPS輔助定位技術(shù)。在使用時(shí)，E -911系統(tǒng)會(huì)嘗試各種定位方法，擇優(yōu)而用，畢竟人命關(guān)天，草率不得。

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3、無(wú)線室內(nèi)環(huán)境定位

無(wú)線通信領(lǐng)域，室內(nèi)和室外的環(huán)境可以說(shuō)有著天壤之別。往往一個(gè)在室外環(huán)境中很簡(jiǎn)單就能解決的問(wèn)題，到室內(nèi)環(huán)境中就變成了一個(gè)棘手的世界級(jí)難題。定位也是一樣，在室外露天環(huán)境，只需要用GPS就可以得到很高的定位精度了，用基站定位也不賴?？墒堑搅耸覂?nèi)環(huán)境中，GPS由于信號(hào)受到遮蔽，變得很難使用，而甚站定位的信號(hào)受到多徑效應(yīng)的影響，定位效果也會(huì)大打折扣。

多徑效應(yīng)可以說(shuō)是無(wú)線通信領(lǐng)域中的室內(nèi)殺手。其產(chǎn)生是由于波的反射和疊加原理。電磁波是向四面八方發(fā)射出去的，除了沿一條直線傳遞到接收端以外，還有可能存在別的路徑到達(dá)接收端。譬如電磁波沿某方向傳播，遇到了一堵墻，就會(huì)在墻面產(chǎn)生反射，而反射的電磁波就有可能到達(dá)接收端。這下接收端就收到了兩列電磁波，這兩列波疊加在一起，信號(hào)發(fā)生了混疊，就使信號(hào)的強(qiáng)弱發(fā)生了變化，甚至產(chǎn)生了變形。室外環(huán)境通常比較空曠，能反射電磁波的物體少，多徑效應(yīng)不明顯。而室內(nèi)環(huán)境障礙物眾多，這些障礙物都可以反射電磁波，因此多徑效應(yīng)在室內(nèi)變得非常顯著。

室內(nèi)環(huán)境的眾多障礙物帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題就是對(duì)電磁波信號(hào)的阻礙作用。電磁波的波長(zhǎng)決定了電磁波的傳播距離和穿透障礙能力，而這兩個(gè)能力可說(shuō)是勢(shì)同水火，注定了魚(yú)和熊掌不可兼得。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波的傳輸距離也就越長(zhǎng)，但是它的穿透能力也越弱；反過(guò)來(lái)，波長(zhǎng)越短，傳輸距離也越短，但是穿透能力卻變強(qiáng)了。GPS信號(hào)需要進(jìn)行長(zhǎng)途跋涉，從衛(wèi)星到達(dá)地面，因此GPS使用的是長(zhǎng)波信號(hào)，其穿透能力很弱。而在室內(nèi)環(huán)境，為了應(yīng)付障礙眾多的情況，應(yīng)該選用短波信號(hào)來(lái)進(jìn)行通信。也是因?yàn)檫@個(gè)原因，室內(nèi)環(huán)境的定位，同樣應(yīng)該采用短波。

ToA、TDoA、AoA等定位技術(shù)都需要專門(mén)的硬件支持，而這些硬件往往造價(jià)不菲，像電信公司這種豪門(mén)或許還能承擔(dān)得起，但是室內(nèi)定位的需求往往來(lái)自于普通企業(yè)和個(gè)人，使用昂貴的硬件就顯得不值得了?，F(xiàn)存大多數(shù)室內(nèi)定位系統(tǒng)都基于信號(hào)強(qiáng)度（Received Signal Strength或者Radio Signal Strength，RSS），其優(yōu)點(diǎn)在于不需要專門(mén)的定位設(shè)備，可以就地取材，利用已有的架設(shè)好的網(wǎng)絡(luò)（如藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)、wiFi網(wǎng)絡(luò)、ZigBee傳感網(wǎng)等）來(lái)進(jìn)行定位，非常經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。目前室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行短途定位的方法有很多種，包括傳統(tǒng)的紅外線定位、超聲波定位，以及新興的藍(lán)牙定位、射頻識(shí)別定位、超寬帶定位、ZigBee定位等。其中射頻識(shí)別的定位技術(shù)，由于其性價(jià)比很高，而且射頻標(biāo)簽便攜易用，在實(shí)際中有著很廣泛的應(yīng)用前景。

利用RFID標(biāo)簽，人們幾乎可以對(duì)一切物體進(jìn)行定位。資產(chǎn)管理就是一個(gè)很好的應(yīng)用。人們?nèi)粘Ｉ钪谐３?huì)出現(xiàn)“找不著東西”的尷尬情況，有時(shí)候急著要用又找不到，只好再重新買(mǎi)一個(gè)救急。更尷尬的是，往往過(guò)幾天收拾屋子的時(shí)候，之前不翼而飛的東西又出現(xiàn)在眼前，令人哭笑不得。個(gè)人尚且如此，對(duì)于擁有眾多資產(chǎn)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，這種情況就更加嚴(yán)重了。比如說(shuō)醫(yī)院，在大型的醫(yī)院里面有無(wú)數(shù)大大小小的醫(yī)療設(shè)備。有的設(shè)備如心電圖機(jī)、呼吸機(jī)等，由于價(jià)格昂貴，而使用頻率又不是特別高，一般都不會(huì)每個(gè)科室都配備一臺(tái)，而是根據(jù)使用的需要隨時(shí)移動(dòng)，用少量的幾臺(tái)就可以解決大部分問(wèn)題。然而這種移動(dòng)性有時(shí)候也會(huì)帶來(lái)不便，比如突然來(lái)了個(gè)急診病人，需要使用某些醫(yī)療設(shè)備，但是這些設(shè)備又不知道被移動(dòng)到哪里去了，也不知道哪些正在空閑哪些正在使用。如果在尋找設(shè)備上花費(fèi)大量時(shí)間，就有可能耽誤了病人的病情，造成嚴(yán)重的后果。而利用射頻識(shí)別定位技術(shù)就可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，只要在每個(gè)設(shè)備上都裝上射頻標(biāo)簽，在需要使用的時(shí)候就可以利用這些射頻標(biāo)簽快速鎖定設(shè)備的位置同時(shí)利用射頻標(biāo)簽感知設(shè)備狀態(tài)，還可以知道設(shè)備是否空閑。

除此之外，使用RFID技術(shù)還可以做到隨時(shí)監(jiān)控設(shè)備的狀況，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)報(bào)警，通知相關(guān)人員進(jìn)行維護(hù)，還便于及時(shí)更換老化的設(shè)備，同時(shí)也可以避免因設(shè)備找不到而引發(fā)的重復(fù)購(gòu)買(mǎi)，提高設(shè)備利用率。使用RFID進(jìn)行資產(chǎn)管理，還可以簡(jiǎn)化管理的流程，購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)新設(shè)備時(shí)，以往需要手工登記，而使用RFID只需要用RFID讀取器掃描一下標(biāo)簽就可以完成記錄。

4、新興定位系統(tǒng)

除了上面介紹的幾種相對(duì)較為成熟的定位系統(tǒng)外，近來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展，又誕生了很多新的定位系統(tǒng)。這里介紹其中具有代表性的兩個(gè)定位系統(tǒng)：A-GPS定位和無(wú)線AP定位。

A -GPS（Assisted Global Positioning System）意為輔助GPS定位，這種定位方法可以看作是GPS定位和蜂窩基站定位的結(jié)合體。前面多次提到，GPS定位的速度相對(duì)較慢，初次定位時(shí)，往往需要用好幾分鐘來(lái)搜索當(dāng)前可用的衛(wèi)星信號(hào)（也就是當(dāng)前位置“可見(jiàn)”的衛(wèi)星）。而基站定位雖然速度快，但是其精度又不如GPS高。A-GPS可以說(shuō)是取長(zhǎng)補(bǔ)短，利用基站定位法，快速確定當(dāng)前所處的大致范圍，然后利用基站連入網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器查詢到當(dāng)前位置上方可見(jiàn)的衛(wèi)星，極大地縮短了搜索衛(wèi)星的速度。在知道哪些衛(wèi)星可用之后，只需要利用這幾顆衛(wèi)星進(jìn)行GPS定位，就可以得到非常精確的結(jié)果。使用A -GPS定位，全過(guò)程只需要數(shù)十秒，而又可以享受到GPS的定位精度，可以說(shuō)是兩全其美。目前在很多手機(jī)中都采用了A -GPS定位技術(shù)。

無(wú)線AP（Access Point，接入點(diǎn)）定位是一種WiFi定位技術(shù)，它與蜂窩基站的COO定位技術(shù)類似，通WiFi接人點(diǎn)來(lái)確定目標(biāo)的位置。隨著WiFi的普及，城市中的無(wú)線接入點(diǎn)正變得越來(lái)越多，在美國(guó)的大城市中，同時(shí)收到3～5個(gè)無(wú)線接人點(diǎn)信號(hào)的情況很常見(jiàn)，而隨著我國(guó)無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，AP數(shù)量也會(huì)越來(lái)越多。每個(gè)AP都在不斷向外廣播信息，以方便各種WiFi設(shè)備尋找接入點(diǎn)，而信息中就包含有自己的MAC地址。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)無(wú)線AP的MAC地址可以看做是全球唯一的。因此，如果用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄下全世界所有無(wú)線AP的MAC地址，以及該AP所在的位置，那么就可以通過(guò)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)得到附近AP的位置，再通過(guò)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)估算出較精確的位置。實(shí)際中，這個(gè)技術(shù)也可以和GPS結(jié)合使用（也就是上面提到的A -GPS定位的一種方式）。目前，Skyhook公司已經(jīng)建立了一個(gè)這樣的龐大數(shù)據(jù)庫(kù)，而iPhone就是采用了這種技術(shù)，在有GPS信號(hào)的時(shí)候，用AP定位輔助GPS來(lái)提高定位速度，而在沒(méi)有GPS的時(shí)候，通過(guò)AP定位來(lái)得到一個(gè)不太精確的結(jié)果。

近年來(lái)，隨著傳感網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的興起，網(wǎng)絡(luò)定位應(yīng)運(yùn)而生。和傳統(tǒng)的基站定位相比，網(wǎng)絡(luò)定位適用于無(wú)中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間距離、方向、相對(duì)位置等地理信息，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的地理位置。在網(wǎng)絡(luò)定位模式中，少量節(jié)點(diǎn)的位置已知，其余未知位置節(jié)點(diǎn)測(cè)量相對(duì)于已知位置節(jié)點(diǎn)的地理信息并計(jì)算自身的位置。獲取位置后，節(jié)點(diǎn)將自己的身份由未知位置節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐阎恢霉?jié)點(diǎn)，并進(jìn)一步參與到定位其他未知位置節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中。網(wǎng)絡(luò)定位如今已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)相對(duì)完整的學(xué)科方向，有興趣的讀者可以參考其他文獻(xiàn)資料，了解更深入的內(nèi)容。