GPS 为什么进不了室内
GPS 信号频率在 1.5GHz 左右,穿透能力弱:
- 混凝土、砖墙、金属会大幅衰减信号;
- 屋顶的金属结构、隔热层、Low-E 玻璃的金属镀膜都有屏蔽作用(前文提到过);
- 进入室内后,信号强度通常低于接收机的灵敏度门限。
即便能收到极微弱的信号,多径效应(室内反射多)也会让定位精度极差。
室内定位的主要技术
一、Wi-Fi 定位
原理:扫描周围的 Wi-Fi 接入点,获取其 MAC 地址和信号强度(RSSI)。
两种模式:
1. 指纹定位(Fingerprinting)
- 离线阶段:在建筑物内采集大量位置点的"Wi-Fi 指纹"(该点能收到哪些 AP、各自信号强度多少),建立数据库;
- 在线阶段:设备扫描当前指纹,与数据库比对,找出最匹配的位置。
优点:不需要知道 AP 的具体位置,能利用现有 Wi-Fi 基础设施。
缺点:指纹采集工作量大;环境变化(AP 增减、家具移动)会导致指纹失效,需要更新。
2. 三角定位
如果知道各 AP 的位置,可以根据信号强度推算距离,进而定位。
缺点:信号强度与距离的关系在室内极不稳定(受遮挡、反射影响),精度较差。
精度:通常 5–15 米。
二、蓝牙信标(BLE Beacon)
原理:在室内部署蓝牙信标(如 iBeacon、Eddystone),持续广播信号。设备接收信标信号,根据信号强度估算距离。
精度:通常 3–5 米(配合多信标和算法可更高)。
优势:
- 信标成本低、功耗低(纽扣电池可用数年);
- 部署灵活。
局限:需要专门部署和维护信标网络。
UWB(超宽带)是近年兴起的高精度方案:通过测量信号的飞行时间(ToF),精度可达10–30 厘米。已被用于手机(如数字车钥匙、物品追踪)和工业场景。
三、地磁定位
原理:建筑物内的钢筋结构会造成局部地磁场畸变,形成独特的"地磁指纹"。
设备用磁力计测量,与预先采集的地磁地图比对来定位。
优势:不需要额外基础设施(利用地球磁场)。
局限:需要采集地磁地图;环境变化(如大型金属物体搬动)会影响;易受电子设备干扰。
四、惯性导航(PDR)
原理:用加速度计、陀螺仪、磁力计推算行走的步数、步长和方向,从已知起点推算当前位置(行人航位推算,Pedestrian Dead Reckoning)。
优势:不依赖外部信号,可在任何环境工作。
致命缺点:误差累积。方向漂移和步长估计误差会随时间放大,走几百米后可能偏出几十米。
因此通常作为辅助手段,与 Wi-Fi/蓝牙/地磁融合使用,用绝对定位来定期校正漂移。
五、视觉定位(VPS)
用摄像头识别周围的环境特征,与预先建立的视觉地图匹配(如 AR 应用)。
优势:精度高,可利用已有摄像头。
局限:计算量大,受光照影响,需要预先建图。
六、5G / 蜂窝定位
利用基站信号(到达时间差 TDOA、到达角度等)定位。5G 的大带宽和多天线为高精度定位提供了可能,但实际部署的精度因网络配置而异。
现实中的做法:融合
单一技术都有明显短板,因此实际系统通常融合多种技术:
- Wi-Fi / 蓝牙 / 地磁提供绝对定位(精度有限,但不会漂移);
- 惯性导航提供连续的相对位置(短期精确,长期漂移);
- 用卡尔曼滤波或粒子滤波把两者结合,取长补短。
一个应用观察
商场、机场、停车场的室内导航(找店、找车、找登机口)是主要落地场景。
反寻车(在停车场找自己的车)是一个特别实用的应用——通常通过扫描停车区域码、或利用场内蓝牙/摄像头实现。
说明:本文为定位技术的知识整理。