物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)

1、 物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)確定自己確定自己( (目標(biāo)或節(jié)點(diǎn)目標(biāo)或節(jié)點(diǎn)) )在系統(tǒng)中的位置在系統(tǒng)中的位置在系統(tǒng)中尋找目標(biāo)在系統(tǒng)中尋找目標(biāo)( (節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)) )的位置的位置絕對位置：目標(biāo)在某一特定坐絕對位置：目標(biāo)在某一特定坐標(biāo)系中的位置標(biāo)系中的位置( (經(jīng)緯度、高度等經(jīng)緯度、高度等) )相對位置：相對于某一基點(diǎn)的相對位置：相對于某一基點(diǎn)的位置關(guān)系位置關(guān)系基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)按傳感器工作模式分類基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)位技術(shù)基于上行鏈路提供相對位置確定錨節(jié)點(diǎn)(基點(diǎn)，L1、L2、L3)，再根據(jù)目標(biāo)(A)與錨節(jié)點(diǎn)的距離，確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的相對位置基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)按傳感器工

2、作模式分類基于帶有傳感器的移動終基于帶有傳感器的移動終端定位技術(shù)端定位技術(shù)基于下行鏈路提供多種位置信息定位準(zhǔn)確快速，解算相對復(fù)雜，對系統(tǒng)硬件有一定要求基于帶有傳感器的移動終端的定位技術(shù)TA定位法定位法移動終端與附近的三個以上的基站通信，利用TA參數(shù)解算得到位置信息。優(yōu)點(diǎn)：移動終端無需改動缺點(diǎn)：無法與其他業(yè)務(wù)同時進(jìn)行；增加信令開銷；定位時間較長基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)AOA定位法定位法相應(yīng)地測量出目標(biāo)與兩個基站之間的傳輸信號到達(dá)角度參數(shù)的信息，通過數(shù)學(xué)解算，得到目標(biāo)的具體位置信息優(yōu)點(diǎn)：在基站稀疏的場景使用缺點(diǎn)：障礙物增大誤差基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位

3、技術(shù)基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)TOA定位法定位法基于信號到達(dá)時間定位法，通過精確測量從目標(biāo)到三個以上基站的信號傳輸時間得到目標(biāo)到基站的距離，進(jìn)而解算出目標(biāo)的位置基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)TOA定位法定位法電磁波傳播速度高；目標(biāo)與基站距離小，因此TOA定位法的精度與位置測量單元的時鐘精度緊密相關(guān)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)終端設(shè)備無需改造定位精度高，數(shù)據(jù)可優(yōu)化缺點(diǎn)缺點(diǎn)時鐘同步復(fù)雜誤差易累積放大基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)TDOA定位法定位法基于信號到達(dá)時間差定位法，通過精確測量從目標(biāo)到不同步基站的信號傳輸時間差，進(jìn)而解算出目標(biāo)的位置基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)基于傳感器網(wǎng)

4、的定位技術(shù)TDOA定位法定位法TDOA算法是對TOA算法的一種改進(jìn)方法，不直接利用信號到達(dá)時間來解算目標(biāo)位置，利用信號到達(dá)時間差解算。無需在信號中加入特定的時間標(biāo)記信息定位精度該與TOA算法解算二維坐標(biāo)最少需要兩個雙曲線方程，即三個基站；解算三維坐標(biāo)至少需要三個雙曲線方程，即四個基站對硬件設(shè)備要求較高，未解決障礙物造成誤差的弊端TDOA值解算方式：差值直接解算(時間同步)、估計算法基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)TDOA定位法定位法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)可在語音和控制信道上測量適用于多種通信制式對原有系統(tǒng)改動不大測量精度對距離、多徑干擾、功率等因素不敏感延時小缺點(diǎn)缺點(diǎn)需要對基站設(shè)備進(jìn)行改造

5、傳感器節(jié)點(diǎn)須附加聲波或超聲波收發(fā)裝置(組合測距方式)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)TDOA定位法定位法組合測量算法采用RF信號和超聲波信號測距，根據(jù)傳感器發(fā)射的兩種信號到達(dá)的時間差(T2 - T1)和兩種信號的傳播速度解算兩點(diǎn)間的距離。測量精度提高設(shè)備成本增加基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)COO定位法定位法單基站定位方式，根據(jù)移動終端所處的傳感器網(wǎng)絡(luò)ID號確定終端的具體位置。定位原理和方式最為簡單。定位精度取決于網(wǎng)絡(luò)小區(qū)的覆蓋半徑：基站密集區(qū)域(如城市核心區(qū))，定位精度可達(dá)50m以內(nèi)；基站稀疏區(qū)域(如山區(qū))，定位精度只能粗略為幾千米?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的

6、定位技術(shù)基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)COO定位法定位法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)簡單只需建立基站覆蓋數(shù)據(jù)庫定位快速無需改造設(shè)備缺點(diǎn)缺點(diǎn)定位精度較差GPS全球范圍定位技術(shù)GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱。GPS系統(tǒng)利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡稱GPS。GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導(dǎo)航信息GPS全球范圍定位技術(shù)GPS系統(tǒng)由三部分組成衛(wèi)星空間星座：共有24顆人造地球衛(wèi)星，其中21顆工作星，3顆備用星。分

7、布在互成60度夾角的6個軌道平面上。每12小時環(huán)繞地球一圈。地面控制部分：主控站、地面天線、監(jiān)測站及通訊輔助系統(tǒng)。GPS用戶裝置：衛(wèi)星天線和接收機(jī)GPS全球范圍定位技術(shù)GPS特點(diǎn)衛(wèi)星不間斷發(fā)射由二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡稱偽碼)組成的導(dǎo)航電文，偽碼分為民用的C/A碼(粗碼)和軍用的P碼(精確碼)。C/A碼測得的偽距精度約為10-20米， P碼偽距精度約為2米；如加入輔助手段精度可達(dá)厘米級，甚至毫米級。GPS提供的導(dǎo)航信息為經(jīng)緯度。 地球直徑約12756km 緯度1度對應(yīng)距離約為111.133km 經(jīng)度1度對應(yīng)距離約為111.413cos(km)， 為測量點(diǎn)緯度AGPS全球范圍定位技術(shù)輔助全球

8、衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Assisted Global Positioning System，AGPS）是一種GPS的運(yùn)行方式。它可以利用手機(jī)基地站的資訊，配合傳統(tǒng)GPS衛(wèi)星，讓定位的速度更快。 AGPS技術(shù)是一種結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)基站信息和GPS信息對移動臺進(jìn)行定位的技術(shù)，可以在移動通信網(wǎng)絡(luò)中使用。AGPS技術(shù)需要在手機(jī)具有GPS接收機(jī)模塊，改造手機(jī)天線，同時要在移動網(wǎng)絡(luò)上加建位置服務(wù)器、差分GPS基準(zhǔn)站等設(shè)備。如果要提高該方案在室內(nèi)等GPS信號屏蔽地區(qū)的定位有效性，該方案還提出需要增添類似于EOTD方案中的位測量單元（LMU）。GPSOne是AGPS技術(shù)的一種定位方案。GPSOne全球范圍定位技術(shù)GPSOn

9、e是高通公司開發(fā)的一種基于GPS的混合定位技術(shù)。GPSOne技術(shù)利用地面基站移動臺定位技術(shù)對GPS定位進(jìn)行互補(bǔ)輔助定位，是位置信息的獲得更加快速準(zhǔn)確。常用的移動臺定位技術(shù)包括AOA、TOA、TDOA等地面定位技術(shù)：行程往返延遲RTD，導(dǎo)頻相位測量GPSOne全球范圍定位技術(shù)行程往返延遲RTD設(shè)移動臺發(fā)送信號至基站的時間為t，假定上、下行鏈路的傳輸延遲特性相同，則信號返回的延遲為2t。移動臺信號往返時間對應(yīng)的幾何距離是基站到移動臺實(shí)際距離的兩倍。導(dǎo)頻相位差測量移動臺持續(xù)搜索相鄰活躍的小區(qū)之間的導(dǎo)頻信號，用來確定基站切換的最優(yōu)選擇對象。移動臺測量來自基站的每一個導(dǎo)頻與參考導(dǎo)頻之間的相位差。GPSO

10、ne全球范圍定位技術(shù)手機(jī)上報移動臺導(dǎo)頻測量信息定位引擎根據(jù)“初始位置”計算GPS捕獲輔助數(shù)據(jù)，發(fā)送給手機(jī)接收GPS信號和移動臺導(dǎo)頻測量信號，上報定位引擎GPS信號達(dá)標(biāo)信號達(dá)標(biāo)引入其他算法計引入其他算法計算手機(jī)位置算手機(jī)位置采用采用GPS信號計信號計算手機(jī)位置算手機(jī)位置輸出定位結(jié)果輸出定位結(jié)果結(jié)果返回手機(jī)結(jié)果返回手機(jī)是否混合定位方式通過地面輔助網(wǎng)絡(luò)和GPS共同定位移動臺直接利用GPS測量值計算位置信息GPSOne全球范圍定位技術(shù)目標(biāo)三維坐標(biāo)通過三顆衛(wèi)星獲得利用基站時鐘對移動臺參考時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，即修正移動臺時鐘與GPS時鐘的時鐘差時鐘差與信號路徑無關(guān)，因此無多徑干擾GPSOne定位方案的優(yōu)勢全球范

11、圍定位技術(shù)提高精度提高精度使用衛(wèi)星數(shù)少使用衛(wèi)星數(shù)少提高提高GPS接收機(jī)接收機(jī)靈敏度靈敏度減少搜索減少搜索響應(yīng)快響應(yīng)快降低設(shè)備復(fù)雜度降低設(shè)備復(fù)雜度和成本和成本可利用移動臺已可利用移動臺已有器件和軟件有器件和軟件迅速鎖定信號迅速鎖定信號延長電池壽命延長電池壽命減少對通信信道減少對通信信道干擾干擾縮小了移動臺在縮小了移動臺在頻域的搜索空間頻域的搜索空間GPS數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)更新累積誤差小累積誤差小戰(zhàn)場區(qū)域定位局部區(qū)域定位技術(shù)可快速了解作戰(zhàn)單位具體位置以及戰(zhàn)場實(shí)時情況人員位置監(jiān)控與查找局部區(qū)域定位技術(shù)物品與人員運(yùn)動軌跡記錄局部區(qū)域定位技術(shù)概念基于節(jié)點(diǎn)的定位技術(shù)錨節(jié)點(diǎn)錨節(jié)點(diǎn)也叫信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，指已知自身位置信息的

12、節(jié)點(diǎn)，為其他節(jié)點(diǎn)提供參考坐標(biāo)。鄰居節(jié)點(diǎn)鄰居節(jié)點(diǎn)一個節(jié)點(diǎn)通信距離范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的集合，大多數(shù)場合指一跳距離的節(jié)點(diǎn)。跳數(shù)跳數(shù)指兩個節(jié)點(diǎn)之間建立通訊連接所需經(jīng)過的跳段的總和。網(wǎng)絡(luò)連接度網(wǎng)絡(luò)連接度所有節(jié)點(diǎn)的鄰居個數(shù)取平均值，可反映傳感器配置的密集程度多維標(biāo)度技術(shù)定位算法集中式定位法MDS可以將相關(guān)物體映射為低維空間中存在的一個點(diǎn)，當(dāng)這個低維空間的維數(shù)轉(zhuǎn)化為2或者3時，該情景就成為一個節(jié)點(diǎn)定位問題?？捎糜跍y距式定位算法中在錨節(jié)點(diǎn)少的網(wǎng)絡(luò)計算中，誤差較大節(jié)點(diǎn)多的網(wǎng)絡(luò)，矩陣大，運(yùn)算量大Dv-Hop定位算法分布式定位法基本原理：測量確定分布在兩個或多個錨節(jié)點(diǎn)之間多跳網(wǎng)絡(luò)(未知節(jié)點(diǎn)構(gòu)成)的跳數(shù)，估算出每一跳的距離，進(jìn)而估算出每個節(jié)點(diǎn)的位置。精度：網(wǎng)絡(luò)連通度為10，錨節(jié)點(diǎn)比例10%的網(wǎng)絡(luò)中，定位精確度約為33%Dv-Hop定位算法應(yīng)用背景：大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)無法與足夠多的錨節(jié)點(diǎn)直接通信；節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署，只有錨節(jié)點(diǎn)可精確定位。分布式定位法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)算法結(jié)構(gòu)簡單易實(shí)現(xiàn)，計算量小擴(kuò)展性好無需復(fù)雜的精確測距方式，硬件要求低，成本低缺點(diǎn)缺點(diǎn)性能受節(jié)點(diǎn)密度影響大，節(jié)點(diǎn)密度大，精確度高不適用于非凸區(qū)域的定位錨節(jié)點(diǎn)的分布情況影響定位精度質(zhì)心定位算法分布式定位法基本原理：錨節(jié)點(diǎn)每隔一段時間，向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播信標(biāo)信號；未知節(jié)點(diǎn)接收到來自不同錨節(jié)點(diǎn)