本文我将对近期了解到的室内定位方法做一个较详细的总结
一、室内定位的背景和意义
基于位置的服务作为一种生活方式已逐渐渗透到人类生活的方方面面。目前在室外环境中，基于全球定位系统（GPS）或 蜂窝移动网络，定位导航技术已经比较成熟。但由于室内环境存在较多的遮挡和障碍，会使卫星或蜂窝网络的信号脆弱，从而使室内定位无法通过GPS或蜂窝移动网络技术实现。由于人类平均约有70%～90%的时间在室内度过，我们更期望能实现在室内环境下(如商场门店、病房、监狱、办公室、车库等)的定位跟踪技术。
二、国内外在该方向的研究现状及典型定位技术的分析
工业界和学术届均在探求高精度、高可靠性的室内定位技术。2011年谷歌依靠WiFi和移动通信基站等信息发布室内地图，覆盖包括商场超市、机场、车站等建筑物；苹果依靠大量iBeacon设备和用户的iPhone绘制室内地图；加拿大Calgary大学结合传感器、公共场合无线信号（Wi-Fi、蓝牙）以及室内环境特征（如磁场环境），实时可靠地提供用户在室内的位置。同时微软举办的室内定位大赛（全球最重要的两项室内定位大赛之一)，每年吸引大量的公司和高校的定位团队参加，其中使用的室内定位方法，也在很大程度上反映出现阶段主流的室内定位技术。国内由遥感中心举办的“室内导航定位比测”，也反映出了现阶段国内的主流室内定位技术。现分析如下：
1、室内定位从原理（算法）层面可大致分为三类，第一类为基于几何的三边(几何)测量技术，其中包括对距离信息的测量方式（TOA、TDOA、RSS）和对角度信息的测量方式（AOA）；第二类为对场景进行分析的测量方式（fingerprinting);第三类为自身测量技术。
1.1 几何测量技术
1.1.1 TOA
测量出待定位节点到固定节点所需要的时间，用所测得的时间差乘上信号传播的速度可得到待定节点与固定节点间的距离，如果已知至少与三个固定节点间距离，就可以通过联立求解方程求得待定节点的位置，即为以固定节点为圆心，各固定节点与待定节点的距离为半径的若干个（至少为3个）球面的交点处。在TOA算法中影响定位精度的主要因素为测量误差，因为信号传播的速率非常快，微小的时间检测误差也会导致很大的距离估计误差。另外时钟同步也是引起误差的原因，如果接收端与发送端无法做到精确的时钟同步，也会导致很大的定位误差，这就要求TOA算法需要精确的时间测量检测误差，硬件设备要求较高，价格较为昂贵。
TOA一次定位过程：
（1）待定位节点首先发出一个包，同时记录下当前的时间信息，记为T1。
（2）固定节点收到待定位节点的信息，记录当前时间T2。
（3）固定节点计算时间差T=T2-T1,并且根据此计算出距离d=c*T（d为待定节点到固定节点间距离，c为信号传播速率）。
（4）通过数学方法解算出待定节点的空间坐标。
2、室内定位技术可按否需部署分为两类，第一类（3D组）需要进行现场部署，测量的是三维坐标的信息，主要包括的技术有激光雷达、UWB、超声波等，基本都是使用TOA、TDOA、AOA这三种定位原理之一来实现；第二类（2D组）不需要部署额外硬件设备，要求使用智能手机、平板电脑等个人终端作为定位装置，测量的是二维坐标，主要包括的技术有利用现场Wi-Fi的RRSI定位、地磁定位、惯性导航定位等，多数使用的是指纹匹配和自身测量的定位原理。
2.1 部署类定位技术
2.1.1 激光雷达定位技术
激光雷达是一种集激光、GPS和IMU测量技术于一身的系统，用于获得数据并生成精确的位置信息。雷达通过测得激光信号的时间差、相位差确定距离，通过水平旋转扫描测角度，并根据这两个数据建立二维的极坐标系，再通过获取不同的俯仰角度的信号获得三维的高度信息。高频激光可在1秒内获取大量的位置点信息（称为点云），并根据这些信息进行三维建模。近几年，无人驾驶汽车市场发展火热，谷歌之后，百度、Uber等主流无人驾驶汽车研发团队都在使用激光雷达作为传感器之一，与图像识别等技术搭配使用，使汽车实现对路况的判断。传统的汽车厂商也纷纷开始研发无人驾驶汽车，包括大众、日产、丰田等公司都在研发和测试无人驾驶汽车技术，他们也都采用了激光雷达。激光雷达可以达到比较高的定位精度，误差基本在厘米级，有的甚至可以达到5厘米的精度。其存在的主要缺点是易受外界环境干扰及价格比较昂贵。
2.1.2 UWB定位技术
UWB技术需要部署额外的UWB基站和对应的UWB标签一起来标定被定位者的位置，主要包括TOA、TDOA、AOA、RSS的定位方法，是一种典型的基于测距方法的定位技术。其用来传输数据的脉冲信号功率谱密度极低、脉冲宽度极窄，因此具备了时间分辨率高、空间穿透能力强等特点，在视距环境下能获得优于厘米级的测距和定位精度。但由于UWB设备价格昂贵，部署成本比较高，很难进入消费级市场。
下表是对6种典型的定位技术总结：
| 定位技术 | 定位原理 | 定位范围 | 定位精度 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|---|
| UWB | TDOA/TOA | 15米 | 亚米级 | 精度高 | 部署麻烦、价格极高 |
| Wi-Fi 、蓝牙 | RSS-Fingerprinting | 室内覆盖区域 | 米级 | 方便大范围普及 | 精度较低、指纹收集麻烦、信号稳定性较差 |
| 激光雷达 | TOF | 10-30米 | 亚米级 | 精度高 | 易受外界环境干扰、价格较高 |
| 双目视觉 | 针孔模型、视差原理 | 可拍照区域 | 亚米级 | 精度较高、经济、部署方便 | 测量步骤较繁琐 |
| 惯性导航 | 航位推算 | 自定位 | 米级 | 成本低、易于与其它技术融合 | 存在累积漂移误差 |
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