關(guān)于富士康無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)的思考

1、 關(guān)于富士康無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)的思考    無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)和方案很多，常用的定位技術(shù)包括紅外線(xiàn)、超聲波、射頻信號(hào)等，但都不適合室內(nèi)定位。紅外線(xiàn)只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內(nèi)的燈光干擾，在精確定位上有局限性；超聲波受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大，不能用于室內(nèi)環(huán)境；而射頻信號(hào)普遍用在室外定位系統(tǒng)中，應(yīng)用于室內(nèi)定位存在局限。    GPS是目前應(yīng)用最為廣泛的室外定位技術(shù)，它是20世紀(jì)70年代初美國(guó)出于軍事目的開(kāi)發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要利用幾顆衛(wèi)星的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算移動(dòng)用戶(hù)位置，即經(jīng)度、緯度和高度。一般用于車(chē)輛導(dǎo)航和手持設(shè)備。在此根底上，

2、還出現(xiàn)了增強(qiáng)型GPS，輔助GPS等技術(shù)，它們可以廣泛用于航空、航海和野外定位等領(lǐng)域。利用GPS進(jìn)行定位的優(yōu)勢(shì)是衛(wèi)星有效覆蓋范圍大，定位導(dǎo)航信號(hào)免費(fèi)；缺點(diǎn)是定位信號(hào)到達(dá)地面是較弱，不能穿透建筑物，因此不適合室內(nèi)定位，此外定位器終端的本錢(qián)較高。GPS所能到達(dá)的定位精度范圍在5m-20m。    當(dāng)前比擬流行的Wi-Fi定位是IEEE802.11的一種定位解決方案。目前，它應(yīng)用于小范圍的室內(nèi)定位，本錢(qián)較低，但Wi-Fi收發(fā)器只能覆蓋半徑90m以?xún)?nèi)的地理區(qū)域，很容易受到其他信號(hào)干擾，從而影響定位精度，并不十分可靠，而且定位器的能耗較高。   

3、 藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于定位，與Wi-Fi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)；同樣有定位誤差不穩(wěn)定，受噪聲信號(hào)干擾大的缺點(diǎn)。    由此可見(jiàn)，隨著定位技術(shù)的開(kāi)展和定位效勞需求的不斷增加，無(wú)線(xiàn)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)本錢(qián)；d)低運(yùn)營(yíng)本錢(qián)；e)高信息平安性；f)低能耗及低發(fā)射功率；g)小的收發(fā)器體積。通過(guò)前期的溝通，與初步的了解，以上幾種技術(shù)方案，都不可能完全滿(mǎn)足這些要求。另外有三種無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)，UWB無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)，CSS線(xiàn)性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)，ZigBee無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)這三套方案可以選擇。1

4、UWB技術(shù)UWB是一種高速、低本錢(qián)和低功耗新興無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。UWB信號(hào)是帶寬大于500MHz或基帶帶寬和載波頻率的比值大于0.2的脈沖信號(hào)(UWBWG，2001)，具有很寬的頻帶范圍，F(xiàn)CC規(guī)定UWB的頻帶從3.1GHz10.6GHz，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，一是符合IEEE802.15.3a標(biāo)準(zhǔn)的短距離高速數(shù)據(jù)通信，即無(wú)線(xiàn)無(wú)延遲地傳播大量多媒體數(shù)據(jù)，速率要到達(dá)1OOMbit/s-500Mbit/s；另一個(gè)是符合IEEE802.15.4a的低速低功率傳輸，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、

5、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本錢(qián)、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。     UWB定位技術(shù)屬于無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的一種。無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)是指用來(lái)判定移動(dòng)用戶(hù)位置的測(cè)量方法和計(jì)算方法，即定位算法。目前最常用的定位技術(shù)主要有：時(shí)差定位技術(shù)、信號(hào)到達(dá)角度測(cè)量(AOA)技術(shù)、到達(dá)時(shí)間定位(TOA)和到達(dá)時(shí)間差定位(TDOA)等。其中，TDOA技術(shù)是目前最為流行的一種方案，除了用于GSM系統(tǒng)，在其他諸如AMPS和CDMA系統(tǒng)中也廣泛應(yīng)用，UWB定位采用的也是這種技術(shù)。 

6、; 通常，UWB定位系統(tǒng)設(shè)定幾個(gè)定位參考點(diǎn)(根據(jù)實(shí)際需要)，以接收待測(cè)點(diǎn)(數(shù)量上百)發(fā)出的高斯脈沖信號(hào)。為了防止信號(hào)發(fā)生碰撞，每個(gè)待測(cè)點(diǎn)都有自己的代碼序列。當(dāng)一個(gè)高斯脈沖中代碼序列被參考點(diǎn)收到時(shí)，它將在一個(gè)時(shí)間整合相關(guān)器內(nèi)與當(dāng)前產(chǎn)生的一個(gè)對(duì)照序列作比擬。當(dāng)收到信號(hào)的位移與對(duì)照信號(hào)相吻合，即出現(xiàn)一個(gè)相關(guān)頂峰信號(hào)。這樣就容易判斷是否收到正確的代碼序列。處理接收到的脈沖序列得到接收時(shí)間，從而利用節(jié)2.1的算法計(jì)算得到待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。它最大的缺陷是距離只能是10米范圍之內(nèi)，在較為空曠的大面積應(yīng)用場(chǎng)合，UWB變得有點(diǎn)力不從心。 2CSS線(xiàn)性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)主要特色Nant AVR模塊物理尺寸只有35mmX14

7、mm，厚度缺乏3mm，但它基于Nant LOC TRX接收器，集成了其他所有必需的組件，構(gòu)成一個(gè)完整的射頻模塊。該模塊的核心部件包括CSS 芯片、Atmel 8位單片機(jī)ATmega644V、帶通濾波器、阻抗匹配單元，以及一個(gè)2.4G陶瓷天線(xiàn)。功能描述高集成度測(cè)距方案Nant LOC是采用線(xiàn)性調(diào)頻擴(kuò)頻(CSS)通訊技術(shù)的高集成度混合信號(hào)芯片。在提供較高無(wú)線(xiàn)通訊性能的同時(shí)，該芯片也提供了精確測(cè)距功能，能夠用于開(kāi)發(fā)測(cè)距系統(tǒng)以及具有位置感知功能的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。Nant LOC 提供3個(gè)可自由調(diào)整中心頻率的非重疊2.4GHz ISM 頻道，支持多個(gè)獨(dú)立物理層網(wǎng)絡(luò)，并能夠提高與現(xiàn)有2

8、.4GHz 無(wú)線(xiàn)技術(shù)共存時(shí)的網(wǎng)絡(luò)性能。芯片的數(shù)據(jù)通訊速率為125-2Mbps 可選。它包含一個(gè)性能卓越的MAC 控制器，提供對(duì)載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突防止CSMA/CA和時(shí)分多址接入TDMA協(xié)議的支持，并實(shí)現(xiàn)前向糾錯(cuò)(FEC)和128位硬件加密。為了降低對(duì)微控制器和軟件的要求，Nant LOC 芯片同時(shí)提供不規(guī)那么的自動(dòng)地址匹配及數(shù)據(jù)包重發(fā)功能。收發(fā)器參數(shù)+ 內(nèi)置精確測(cè)距(Ranging功能模塊+ 工作頻段 .2.4 GHz 免授權(quán)頻段+ 可編程數(shù)據(jù)速率. 2 M kbps -125 kbps+ 調(diào)制技術(shù) . 線(xiàn)性調(diào)頻擴(kuò)頻+ 可編程輸出功率. -33 dBm to 0 dBm+ 接收靈敏度 .高

9、達(dá) -95 dBm+ 工作溫度 . -40°C to + 85°C模塊配置+ Atmel AVR 控制器ATmega644V+ 64 KB Flash, 4 KB RAM, 2 KB EEPROM+ SPI 和JTAG 引腳，用于編程調(diào)試+ 集成陶瓷天線(xiàn)、帶通濾波器以及平衡器+ 支持外接天線(xiàn)和功率放大器+ 供電電壓: 2.5 V ± 0.2 V外部接口+ 1個(gè)JTAG 和 SPI 編程接口+ 36 個(gè)外圍模塊引腳, 16 個(gè)可編程數(shù)字 I/O+ 2 個(gè)模擬輸入引腳, 一個(gè)PWM輸出引腳+ 一個(gè)對(duì)外復(fù)位引腳，用于復(fù)位外部微控制器+ 一個(gè)通用串行口 (USART) 輸

10、入、輸出引腳+ 外接天線(xiàn)以及信號(hào)控制線(xiàn)，支持外部功率放大器(PA) 推薦應(yīng)用+ Nant LOC 定位應(yīng)用 利用Nant LOC的測(cè)距功能以及定位算法軟件, 能夠計(jì)算出移動(dòng)標(biāo)簽在2D空間中的X/Y坐標(biāo)。嵌入式應(yīng)用程序提供距離數(shù)據(jù)，同時(shí)基于Windows的應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)顯示標(biāo)簽的位置。+ Nant LOC 測(cè)距應(yīng)用 利用Nant LOC的測(cè)距功能以及Nant LOC nTRX 驅(qū)動(dòng)代碼，能夠測(cè)算出移動(dòng)標(biāo)簽和讀卡器之間的距離。嵌入式應(yīng)用程序提供距離數(shù)據(jù)，同時(shí)基于Windows的應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)顯示測(cè)距結(jié)果。3ZigBee技術(shù)ZigBee 是一種新興的短距離、低速率、低功耗無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigB

11、ee名字來(lái)源于蜂群使用的賴(lài)以生存和開(kāi)展的通信方式，蜜蜂通過(guò)跳ZigZag形狀的舞蹈來(lái)分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和方向等信息。 ZigBee可以說(shuō)是藍(lán)牙的同族兄弟，它使用2.4 GHz波段，采用跳頻技術(shù)。與藍(lán)牙相比，ZigBee更簡(jiǎn)單、速率更慢、功率及費(fèi)用也更低。它的根本速率是250kb/s，當(dāng)降低到28kb/s時(shí)，傳輸范圍可擴(kuò)大到134m，并獲得更高的可靠性。另外，它可與254個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)。這些傳感器只需要很低的功耗, 以接力的方式通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器,因此它們的通信效率非常高。并且這些數(shù)據(jù)就可以進(jìn)入計(jì)算機(jī)用于分析或者被另外一種無(wú)線(xiàn)技術(shù)收集。 定位系統(tǒng)的構(gòu)成：由一個(gè)

12、無(wú)線(xiàn)定位骨干網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)Reader和幾百個(gè)移動(dòng)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Tag構(gòu)成，再配以不同的定位應(yīng)用算法和配置工具。l無(wú)線(xiàn)定位網(wǎng)絡(luò)Reader利用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境合理布局，組成一套ZigBee無(wú)線(xiàn)定位骨干網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)形態(tài)可以是鏈狀或網(wǎng)狀拓?fù)?。定位網(wǎng)絡(luò)中的參考節(jié)點(diǎn)Reader將接收到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Tag信息無(wú)線(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度RSSI或無(wú)線(xiàn)信號(hào)質(zhì)量LQI、報(bào)警、ADC，以無(wú)線(xiàn)方式或輔助其他傳輸方式送到中心控制PC端進(jìn)行最終處理。l移動(dòng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Tag利用低價(jià)ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊只完成無(wú)線(xiàn)收發(fā)不需要網(wǎng)絡(luò)功能的RFD模塊，制成一個(gè)便攜式的移動(dòng)裝置。根據(jù)需要該裝置可以連接不同的感測(cè)器，組成一個(gè)既有身份識(shí)別，

13、又有感測(cè)功能的移動(dòng)裝備。利用IEEE802.15.4無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，合理地控制模塊的休眠、喚醒過(guò)程，從而到達(dá)節(jié)電的目的。l定位應(yīng)用算法根據(jù)觀(guān)察，當(dāng)移動(dòng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Tag一直處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí)，移動(dòng)目標(biāo)位置的估計(jì)值會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。此波動(dòng)由固定節(jié)點(diǎn)的RSSI或LQI讀數(shù)不規(guī)那么變化引起，原因可以是在同一頻段內(nèi)的干擾信號(hào)，臨近物體對(duì)無(wú)線(xiàn)電波傳播擾動(dòng)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的天線(xiàn)方向突然轉(zhuǎn)變等等。由于其隨機(jī)性，要完全消除這種波動(dòng)不太容易，但是可以采用一些適宜的數(shù)據(jù)處理算法來(lái)減少這種位置估計(jì)值的波動(dòng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量并進(jìn)行適當(dāng)校正，也可以減小上述波動(dòng)所帶來(lái)的測(cè)量誤差。發(fā)送板與接收板示意圖發(fā)送板尺寸：33×27×

14、18(以實(shí)物為準(zhǔn))經(jīng)過(guò)比擬分析得出：1UWB技術(shù)雖然定位準(zhǔn)確，能進(jìn)行3D定位，傳輸速度快，功耗低，體積小等方面的優(yōu)勢(shì)，但它只有10米的傳輸速度，從而在本工程中不能采?。?CSS線(xiàn)性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)雖然各項(xiàng)指標(biāo)也接近目標(biāo)，但一方面需進(jìn)一步了解相關(guān)技術(shù)，對(duì)技術(shù)方案消化并不透徹，但目前了解到它只能是2D定位;(3)傳輸距離的要求，體積的要求，功耗的要求，速度的要求都能到達(dá)，有成熟的技術(shù)方案，當(dāng)然它的缺點(diǎn)是也只能2D定位，相對(duì)精確度來(lái)說(shuō)與UWB還是有些距離的。 現(xiàn)在需對(duì)CSS再進(jìn)一步了解，比照Z(yǔ)IGBEE與CSS在本錢(qián)及效果方面的差距。several group number, then with b ± a, =c,c is is methyl b two vertical box between of accurate size. Per-23 measurement, such as proceeds of c values are equal and equal to the design value, then the vertical installation accurate. For example a, b, and c valueswhile on horizontal vertic