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定位技术面面观

2004-8-18 23:23:52  摘自《国外科技动态》 阅读423次数

室外定位 　　定位技术最初面临的挑战就是户外追踪。在户外追踪方面最有发展前景的两种技术手段当 属全球定位系统和蜂窝网络。1978年，美国国防部启动了全球定位系统(GPS)，旨在提高武 器打击精度。今天，成千上万的小汽车都装备了GPS接收器，主要用于城市交通导航。GPS接 收器根据接收到的可视GPS卫星的信号，计算出与至少3～4个卫星的距离，再根据三角测量 法确定自身的位置。 　　目前，GPS所能达到的精度范围在5～20米。但是，在高楼林立的城市低谷地带GPS的定位 精度不是很好。一些无线运营商利用一种名为增强GPS(即A-GPS)的技术来克服GPS的上述缺 陷。这种技术融合了GPS高精度定位与蜂窝网络高度密集覆盖的特性，既保证了在城市范围 内蜂窝定位的精度，也扩大了GPS的覆盖范围，使GPS在无法提供精确定位的区域内能够正常 工作。韩国和日本的许多运营商已经采用了A-GPS系统。而加利福尼亚州的一家新兴企业Ros um则采用电视信号增强GPS系统，该系统利用增强的广播电视信号，而不是蜂窝网络信号来 进行定位。同蜂窝网络信号相比，广播信号更具优越性，因为它们已经覆盖了更广的地理区 域，而且更容易穿透建筑物。目前，该公司已经联合了加利福尼亚州的Sunnyvale公司来进 一步实现它所拥有的技术和GPS的整合工作。 　　但是，由于各运营商采用基于GPS的不同定位系统，因此用户需要购买兼容设备才能享受 运营商们提供的服务。为此，一些无线网络运营商已经开发出多种方法来利用他们现有的网 络为用户提供定位服务。因为无线电话网络被分割成了许多个体单元，手机用户在呼叫的时 候所使用的单元可以给出他们所处位置的大致情况。不过，精度很差，大约在30～150公里 。 　　一种名为“抵达时差”的方法可以进一步提高定位精度。这种方法类似于GPS的三角测量 定位方法，它是通过测度呼叫手机信号抵达三个或三个以上蜂窝基站的时差来进行定位的。 如果仅有两个蜂窝基站(通常在农村偏远地区)，那么到达信号的角度能够提供额外的定位信 息。 　　在亚洲，A-GPS系统已经占据了主导地位。而在美国，多种定位方法共存，例如Cingular 公司和AT&T无线使用“抵达时差”方法进行定位，而Sprint和Verizon公司则利用A-GPS系统 。 室内定位 　　比户外追踪更难以实现的是室内跟踪。由于天花板、墙壁或其他障碍物的阻挡，A-GPS系 统的定位精度会大大降低。而蜂窝网络定位技术就更为逊色了。在户外，120米的定位误差 对于人们需寻找街区的餐馆等目标并无大碍，而在摩天大楼里哪怕是5米的误差都会造成重 大错误。尽管在许多实际应用中，这无关紧要。但在城市作战或消防员救火的情形中，一点小误差就可能事关生死。 　　那么什么样的技术能够用于室内定位呢?当前流行的无线网络技术80211(或者称作Wi-Fi )可能是最好的解决方案。众多无线服务商已开始在旅馆、咖啡厅和其他商用建筑内部安装W i-Fi收发器，使移动用户能够获得高速因特网服务。这些基础设施也能够被用于室内定位。 芬兰的Ekahau公司开发了能够利用Wi-Fi进行室内定位的软件。去年春季，一家名为Accentu re的咨询公司在纽约大都会博物馆的一个项目中首次利用了Ekahau的软件。博物馆内部的观 赏者只需点击PDA上的一个按钮，就可以接收到有关他们面前的艺术品的信息。 　　为了实现这种功能，Accenture公司绘制了整个展览区的详细地图。在地图被上传到计算 机上之后，Accenture公司的员工就会在巡游博物馆的途中，每隔3米的距离点击一下地图， 然后记录下网络信号的强度。每次定位都与特定的信号强度相匹配。这样一来，当博物馆的 参观者利用手中的PDA访问网络的时候，就会知道他们所处的位置。Wi-Fi绘图的精确度大约 在1～20米的范围内，总体而言，比蜂窝网络三角测量定位方法更精确。今年，Wi-Fi定位将 大规模地投入商业应用。另外，由于建筑物内部各个楼层上的信号强度不同，因此Ekahau的 技术还可以用于解决上下定位的问题。 　　如果定位的测算仅仅依赖于哪个Wi-Fi的接入点最近，而不是依赖于合成的信号强度图， 那么Wi-Fi技术在楼层定位上很容易出错。无论是用于室内还是室外定位，Wi-Fi收发器都只 能覆盖半径90米以内的地理区域。而且，它也很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度 ，并不十分可靠。 　　幸运的是，另一种无线技术——超宽带(UWB)，有可能弥补这一不足。UWB具有传输速率高 、耗电少等特点，而且能够提供超精确定位。与Wi-Fi和GPS一样，UWB也能够配置到手机或 者PDA设备中。 　　通过度量脉冲在超宽带转发器和接收器之间的传输时间可以确定距离。如果接收到至少3 个信号，那么就可以通过三角测量方法进行定位。如果接收到4个信号，就可以使系统计算 出目标离地面的高度。该技术不同于Wi-Fi，它依赖于超短脉冲，接收器能够在几微微秒之 内确定信号抵达的时间，使它能够将定位精度精确到几厘米的范围内。然而，由于超宽带技 术处于发展的初级阶段，因此它在商业化方面远远落后于Wi-Fi。 　　未来趋势 　　在理想的世界中，随着使用者从室外步入室内，手机或者PDA设备将会从依赖GPS定位自动 转向Wi-Fi定位，从而可以不间断地使使用者得到最新的位置信息。然而在现实世界中，这 些技术还无法实现无缝结合。总体而言，困难不在于技术本身。而是在于建立允许用户从室 外步入室内时得到定位服务的服务计划和协议。目前，已有公司通过嵌入智能卡中的特殊软 件来解决上述问题。随着无线供应商们开始提供Wi-Fi和蜂窝网络双项服务，移动用户们就 可以将这些智能卡置入自己的手机中，同时访问这两种网络，并且可能获得所有的定位服务 。 　　随着定位服务的日趋成熟，人们可能会问：我们需要这样的服务吗?毫无疑问，消费者和 服务提供商都将是定位服务的受益者，但这必须以隐私问题得到妥善处理为前提。人们并不 希望他人(包括朋友在内)随时掌握自己的行踪。也许过不了多久，消费者就具备自己不被发 现的能力了。有业内人士指出，对于隐私问题最好的解决方法是，赋予消费者是否启用定位 功能的选择权。同时，定位服务提供商应该按照一套规范化的制度来提供该项服务。总而言 之，定位服务所能带给人们的优势应该大于劣势。因此，这一服务行业的兴旺发达指日可待 !