物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)

第六章物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)6.1定位的概念與技術(shù)發(fā)展6.2定位技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用6.3衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)6.4蜂窩系統(tǒng)定位技術(shù)6.5RFID定位技術(shù)6.6無(wú)線傳感網(wǎng)定位技術(shù)6.7定位技術(shù)的發(fā)展前景6.1定位的概念與發(fā)展歷史在很多物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，物體（或者稱對(duì)象）的“位置”信息有著重要的意義。在物聯(lián)網(wǎng)中，人們使用RFID、傳感器或者其他信息采集工具從物理世界當(dāng)中獲取各種各樣的信息，并將這些信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶或者服務(wù)器端進(jìn)行處理以為用戶提供各種各樣的服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)中用于獲取物體位置的技術(shù)統(tǒng)稱為定位技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)中的所謂“物體”的概念非常廣泛：它既可以指人，也可以指設(shè)備。一、定位的概念二、定位技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史早期的航海活動(dòng)中主要是通過(guò)沿著海岸線建造在航道的關(guān)鍵部位建造燈塔來(lái)對(duì)船只進(jìn)行導(dǎo)航。這些定位技術(shù)的精度非常差，并且覆蓋范圍不廣。無(wú)線電技術(shù)出現(xiàn)以后，人們可以進(jìn)行更大范圍的和更加精確的定位。最早的基于無(wú)線電技術(shù)的定位系統(tǒng)是羅蘭遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)，建立于20世紀(jì)40年代，其最初的目的是用于海軍中的中程無(wú)線電導(dǎo)航。羅蘭系統(tǒng)的示意圖A和B是一對(duì)基站，同時(shí)發(fā)送信號(hào)。用戶根據(jù)收到信號(hào)的時(shí)間差來(lái)確定自己的位置是在哪個(gè)雙曲線上。圖中不同的雙曲線對(duì)應(yīng)于不同的時(shí)間差。隨著人造衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始利用人造衛(wèi)星來(lái)構(gòu)建更精確，覆蓋范圍更廣的定位/導(dǎo)航系統(tǒng)。地球同步軌道衛(wèi)星可以以相對(duì)地球靜止的方式在太空軌道中運(yùn)行，這就提供了一種方式來(lái)為定位系統(tǒng)提供固定的參考點(diǎn)。隨著蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，手機(jī)用戶極大增加。這類定位系統(tǒng)一般通過(guò)是通過(guò)測(cè)量手機(jī)和基站之間的信號(hào)強(qiáng)度、距離或者到達(dá)角度，利用基站的位置來(lái)計(jì)算手機(jī)用戶的位置。移動(dòng)手機(jī)用戶一般稱作移動(dòng)臺(tái)，通過(guò)基站的輔助來(lái)定位。室內(nèi)的無(wú)線定位系統(tǒng)一般利用RFID標(biāo)簽來(lái)進(jìn)行。利用RFID標(biāo)簽的定位系統(tǒng)可以分為定位標(biāo)簽的和定位RFID讀寫器的兩種。這類定位系統(tǒng)所采用的模型可以分為兩大類：基于模式匹配的和基于模型匹配的。無(wú)線傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中的定定位算法法一般利利用一些些已知自自身位置置的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)（稱為為錨節(jié)點(diǎn)點(diǎn)）來(lái)輔輔助一般般節(jié)點(diǎn)進(jìn)進(jìn)行定位位。算法法設(shè)計(jì)的的目標(biāo)除除了達(dá)到到較高的的精度外外，還注注重降低低開(kāi)銷，，包括通通信開(kāi)銷銷和計(jì)算算開(kāi)銷，，并且將將盡量減減少對(duì)硬硬件的要要求。6.2定位技術(shù)術(shù)在物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)中的的應(yīng)用在軍事領(lǐng)領(lǐng)域的應(yīng)應(yīng)用災(zāi)難救援援在智能交交通中的的應(yīng)用在智能物物流中的的應(yīng)用基于位置置的服務(wù)務(wù)在軍事領(lǐng)領(lǐng)域的應(yīng)應(yīng)用無(wú)線自組組織網(wǎng)絡(luò)絡(luò)在軍事事行動(dòng)中中的應(yīng)用用利用定定位技術(shù)術(shù)，指揮揮官可以以快速的的了解單單兵的位位置信息息并發(fā)布布相應(yīng)的的命令。災(zāi)難救援援北斗通信信系統(tǒng)在在汶川抗抗震救災(zāi)災(zāi)中的應(yīng)應(yīng)用定位技術(shù)術(shù)在智能能交通中中的應(yīng)用用智能交通通系統(tǒng)示示意圖。。車輛之之間可以以進(jìn)行相相互通信信；車輛輛與于路路邊節(jié)點(diǎn)點(diǎn)之間也也可以進(jìn)進(jìn)行通信信，組成成車載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。定定位技術(shù)術(shù)在智能能交通系系統(tǒng)中發(fā)發(fā)揮著重重要作用用。定位技術(shù)術(shù)在智能能物流中中的應(yīng)用用典型智能能物流系系統(tǒng)示意意圖。在在堆場(chǎng)管管理，集集裝箱管管理，實(shí)實(shí)時(shí)追蹤蹤，智能能倉(cāng)儲(chǔ)以以及貨物物配送環(huán)環(huán)節(jié)，都都需要定定位技術(shù)術(shù)的支持持。基于位置置的服務(wù)務(wù)基于位置置的服務(wù)務(wù)(LocationBasedService，LBS是在獲取取移動(dòng)終終端用戶戶的位置置信息的的基礎(chǔ)上上，在地地理信息息系統(tǒng)(GeographicInformationSystem，GIS)平臺(tái)的支支持下為為用戶提提供相應(yīng)應(yīng)服務(wù)的的一種增增值業(yè)務(wù)務(wù)。隨著著智能手手機(jī)的普普及和智智能手機(jī)機(jī)上定位位功能的的普及，，基于位位置的服服務(wù)吸引引了越來(lái)來(lái)越多的的關(guān)注。。6.3衛(wèi)星導(dǎo)航航系統(tǒng)美國(guó)的GPS(GlobalPositioningSystem)全球定位位系統(tǒng)。。歐洲的伽伽利略定定位系統(tǒng)統(tǒng)。俄羅斯的的GLONASS定位系統(tǒng)統(tǒng)。中國(guó)的北北斗定位位系統(tǒng)。。一、GPS全球定位位系統(tǒng)簡(jiǎn)簡(jiǎn)介GPS是美國(guó)國(guó)國(guó)防部主主要為滿滿足軍事事需要而而建立的的新一代代衛(wèi)星導(dǎo)導(dǎo)航與定定位系統(tǒng)統(tǒng)，它它具有在在海、陸陸、空進(jìn)進(jìn)行全方方位實(shí)時(shí)時(shí)三維導(dǎo)導(dǎo)航與定定位的能能力。（1）GPS的組成GPS系統(tǒng)主要要由空間間星座部部分、地地面監(jiān)控控部分和和用戶設(shè)設(shè)備部分分組成。。GPS系統(tǒng)的星星座部分分主要由由24顆衛(wèi)星構(gòu)構(gòu)成，其其中21顆為工作作衛(wèi)星，，另外3顆為備用用衛(wèi)星，，用于在在必要時(shí)時(shí)根據(jù)指指令替代代發(fā)生故故障的衛(wèi)衛(wèi)星。這這24顆衛(wèi)星均均勻分布布在6個(gè)軌道平平面內(nèi)，，每個(gè)軌軌道面包包含4顆衛(wèi)星。。衛(wèi)星軌道道為橢圓圓形，平平均高度度約20200km，運(yùn)行周周期大約約11小時(shí)58分鐘。對(duì)對(duì)地面觀觀測(cè)者來(lái)來(lái)說(shuō)，每每天見(jiàn)到到的衛(wèi)星星幾何分分布相同同，但是是每天見(jiàn)見(jiàn)到同一一衛(wèi)星的的時(shí)間大大概要提提前4分鐘。在在地球任任意一點(diǎn)點(diǎn)上，用用戶能夠夠觀察到到的衛(wèi)星星顆數(shù)隨隨著時(shí)間間和地點(diǎn)點(diǎn)的不同同而有所所不同，，最少可可見(jiàn)到4顆，最多多時(shí)可見(jiàn)見(jiàn)到11顆。GPS的地面監(jiān)監(jiān)控部分分主要由由分布全全球的6個(gè)地面站站構(gòu)成，，其中包包括衛(wèi)星星監(jiān)測(cè)站站、主控控站、備備用主控控站和信信息注入入站。主主控站位位于美國(guó)國(guó)科羅拉拉多州的的謝里佛佛爾空軍軍基地，，是整個(gè)個(gè)地面監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)的管理理中心和和技術(shù)中中心。另另外還有有一個(gè)位位于馬里里蘭州蓋蓋茨堡的的備用主主控站，，在發(fā)生生緊急情情況時(shí)啟啟用。注注入站目目前有4個(gè)，其作作用是把把主控站站計(jì)算得得到的衛(wèi)衛(wèi)星星歷歷、導(dǎo)航航電文等等信息注注入到相相應(yīng)的衛(wèi)衛(wèi)星。注入站同同時(shí)也是是監(jiān)測(cè)站站，另外外還有位位于夏威威夷和卡卡納維拉拉爾角2處監(jiān)測(cè)站站，故監(jiān)監(jiān)測(cè)站目目前有6個(gè)。監(jiān)測(cè)測(cè)站的主主要作用用是采集集GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)據(jù)和當(dāng)?shù)氐氐沫h(huán)境境數(shù)據(jù)，，然后發(fā)發(fā)送給主主控站。。用戶設(shè)備備部分用用戶設(shè)備備主要是是GPS接收機(jī)，，它是一一種特制制的無(wú)線線電接收收機(jī)，主主要作用用是從GPS衛(wèi)星收到到信號(hào)并并利用傳傳來(lái)的信信息計(jì)算算用戶的的三維位位置及時(shí)時(shí)間。用用戶設(shè)備備部分的的主要設(shè)設(shè)備是GPS接收機(jī)。。GPS定位的基基本原理理是根據(jù)據(jù)高速運(yùn)運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)衛(wèi)星瞬間間位置作作為已知知的起算算數(shù)據(jù)，，利用GPS接收器測(cè)測(cè)量出的的到衛(wèi)星星的距離離，來(lái)計(jì)計(jì)算待測(cè)測(cè)點(diǎn)的位位置。如如圖2所示，假假設(shè)在t時(shí)刻在待待測(cè)點(diǎn)位位置上觀觀測(cè)到4個(gè)衛(wèi)星，，并測(cè)出出信號(hào)從從該觀測(cè)測(cè)點(diǎn)到4個(gè)衛(wèi)星的的傳播時(shí)時(shí)間，便便可以列列出對(duì)應(yīng)應(yīng)的4個(gè)方程來(lái)來(lái)求得觀觀測(cè)點(diǎn)的的位置。。（2）GPS的定位原原理GPS中利用信信號(hào)在衛(wèi)衛(wèi)星和接接收機(jī)之之間的往往返時(shí)間間來(lái)計(jì)算算距離的的。在某某一時(shí)刻刻，衛(wèi)星星發(fā)送一一長(zhǎng)串稱稱為偽隨隨機(jī)碼的的數(shù)字序序列，而而同時(shí)接接收機(jī)也也在同一一時(shí)刻產(chǎn)產(chǎn)生相同同的數(shù)字字序列。。當(dāng)衛(wèi)星星信號(hào)到到達(dá)接收收機(jī)時(shí)，，由于傳傳輸?shù)难友舆t，從從衛(wèi)星信信號(hào)接收收到的數(shù)數(shù)字序列列會(huì)比接接收機(jī)產(chǎn)產(chǎn)生的信信號(hào)的時(shí)時(shí)間滯后后。時(shí)間間延遲的的長(zhǎng)度就就是信號(hào)號(hào)傳送的的時(shí)間。。接收機(jī)機(jī)將這一一時(shí)間乘乘以光速速就可以以計(jì)算出出信號(hào)傳傳送的距距離。假假設(shè)信號(hào)號(hào)是以直直線傳送送的，則則這一結(jié)結(jié)果即為為接收機(jī)機(jī)到衛(wèi)星星的距離離。為了使測(cè)測(cè)得的距距離數(shù)據(jù)據(jù)準(zhǔn)確有有效，GPS接收機(jī)需需要安裝裝和衛(wèi)星星上同步步的精確確時(shí)鐘。。為了達(dá)達(dá)到所要要求的計(jì)計(jì)時(shí)精度度（納秒秒級(jí)），，需要使使用能夠夠精確計(jì)計(jì)時(shí)的原原子鐘。。但對(duì)普普通的GPS接收器來(lái)來(lái)說(shuō)，原原子鐘的的價(jià)格太太貴了（（價(jià)格在在5-10萬(wàn)美元之之間）。。GPS系統(tǒng)用一一個(gè)巧妙妙的方案案解決了了這一問(wèn)問(wèn)題。每一顆衛(wèi)衛(wèi)星上仍仍然使用用昂貴的的原子鐘鐘，但接接收機(jī)使使用的是是經(jīng)常需需要調(diào)校校的普通通石英鐘鐘。簡(jiǎn)言言之，接接收機(jī)接接收來(lái)自自四顆或或更多衛(wèi)衛(wèi)星的信信號(hào)在計(jì)計(jì)算距離離的同時(shí)時(shí)，對(duì)自自身的始始終誤差差進(jìn)行校校正，將將自身的的時(shí)鐘調(diào)調(diào)整到與與衛(wèi)星上上的原子子時(shí)鐘相相同的值值，從而而使接收收機(jī)的時(shí)時(shí)間與所所有衛(wèi)星星上的原原子鐘相相同。GPS接收機(jī)就就可以““免費(fèi)””獲得原原子鐘的的精確度度。其原原理如下下。當(dāng)測(cè)測(cè)量到四四顆定位位衛(wèi)星到到觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)所處位位置的準(zhǔn)準(zhǔn)確距離離時(shí)，我我們就可可以畫出出相交于于一點(diǎn)的的四個(gè)球球面。但但是如果果測(cè)量有有誤差，，四個(gè)球球面就不不可能相相交于一一點(diǎn)。由由于接收收機(jī)利用用自身內(nèi)內(nèi)置的時(shí)時(shí)鐘來(lái)測(cè)測(cè)量所有有的距離離，距離離測(cè)量會(huì)會(huì)呈現(xiàn)一一定的比比例誤差差。接收機(jī)可可以計(jì)算算出使四四個(gè)球面面相交于于一點(diǎn)所所進(jìn)行的的必要調(diào)調(diào)整，并并基于此此重新設(shè)設(shè)置自身身的時(shí)鐘鐘以便和和衛(wèi)星原原子鐘同同步。接接收機(jī)只只要開(kāi)啟啟就處在在不斷的的調(diào)整中中，這也也意味著著接收機(jī)機(jī)幾乎與與衛(wèi)星中中昂貴的的原子鐘鐘一樣精精確。圖6.7GPS定位原理理：R1’，R2’，R3’和R4’為所測(cè)測(cè)偽距GPS定位可分分為單點(diǎn)點(diǎn)定位和和相對(duì)定定位（或或稱差分分定位））。單點(diǎn)點(diǎn)定位就就是根據(jù)據(jù)一臺(tái)接接收機(jī)的的觀測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)確確定接收收機(jī)位置置的方式式，它只只能采用用偽距觀觀測(cè)量，，可用于于車船等等的概略略導(dǎo)航定定位。利利用單獨(dú)獨(dú)的GPS接收機(jī)定定位的精精度為30米左右。。為了有有效提高高定位精精度，提提出了差差分定位位技術(shù)。。其基本原原理是用用一個(gè)已已知位置置的固定定接收機(jī)機(jī)站來(lái)測(cè)測(cè)算GPS的誤差。。差分定定位是根根據(jù)兩臺(tái)臺(tái)以上接接收機(jī)的的觀測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)確確定觀測(cè)測(cè)點(diǎn)之間間的相對(duì)對(duì)位置的的方法，，它既可可采用偽偽距觀測(cè)測(cè)量也可可采用相相位觀測(cè)測(cè)量，大大地測(cè)量量或工程程測(cè)量均均應(yīng)采用用相位觀觀測(cè)值進(jìn)進(jìn)行相對(duì)對(duì)定位。。具有偽偽距差分分功能的的GPS接收機(jī)的的定位精精度在1—10米之間。。總的來(lái)來(lái)說(shuō)，，GPS定位系系統(tǒng)有有如下下特點(diǎn)點(diǎn)：1）能夠夠全球球、全全天天候工工作。。能夠夠覆蓋蓋全球球98%的面積積。2）定位位精度度高。。單機(jī)機(jī)定位位精度度優(yōu)于于10m，采用用差分分定位位，精精度可可達(dá)厘厘米級(jí)級(jí)和毫毫米級(jí)級(jí)。3）操作作簡(jiǎn)便便，應(yīng)應(yīng)用廣廣泛。。只需需要一一臺(tái)GPS接收機(jī)機(jī)即可可準(zhǔn)確確確定定用戶戶所在在的位位置。。已經(jīng)經(jīng)廣泛泛的應(yīng)應(yīng)用于于軍事事工程程，道道路工工程，，車輛輛。船船舶導(dǎo)導(dǎo)航等等多種種應(yīng)用用中。。GPS的主要要特點(diǎn)點(diǎn)北斗衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)導(dǎo)航系系統(tǒng)簡(jiǎn)簡(jiǎn)介北斗衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)導(dǎo)航系系統(tǒng)﹝﹝BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem﹞是我我國(guó)正正在實(shí)實(shí)施的的自主主發(fā)展展、獨(dú)獨(dú)立運(yùn)運(yùn)行的的全球球衛(wèi)星星導(dǎo)航航系統(tǒng)統(tǒng)。其其建設(shè)設(shè)目標(biāo)標(biāo)是建建成獨(dú)獨(dú)立自自主、、開(kāi)放放兼容容、技技術(shù)先先進(jìn)、、穩(wěn)定定可靠靠的覆覆蓋全全球的的衛(wèi)星星導(dǎo)航航系統(tǒng)統(tǒng)，促促進(jìn)衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)導(dǎo)航產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈鏈形成成，形形成完完善的的國(guó)家家衛(wèi)星星導(dǎo)航航應(yīng)用用產(chǎn)業(yè)業(yè)支撐撐、推推廣和和保障障體系系，推推動(dòng)衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)導(dǎo)航在在國(guó)民民經(jīng)濟(jì)濟(jì)社會(huì)會(huì)各行行業(yè)的的廣泛泛應(yīng)用用。北斗衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)導(dǎo)航系系統(tǒng)由由空間間段、、地面面段和和用戶戶段三三部分分組成成，空空間段段包括括5顆靜止止軌道道衛(wèi)星星和30顆非靜靜止軌軌道衛(wèi)衛(wèi)星，，地面面段包包括主主控站站、注注入站站和監(jiān)監(jiān)測(cè)站站等若若干個(gè)個(gè)地面面站，，用戶戶段包包括北北斗用用戶終終端以以及與與其他他衛(wèi)星星導(dǎo)航航系統(tǒng)統(tǒng)兼容容的終終端。。北斗一一號(hào)北斗衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)導(dǎo)航試試驗(yàn)系系統(tǒng)（（雙星星定位位導(dǎo)航航系統(tǒng)統(tǒng)）是是利用用地球球同步步衛(wèi)星星為用用戶提提供快快速定定位、、簡(jiǎn)短短數(shù)字字報(bào)文文通信信和授授時(shí)服服務(wù)的的一種種全天天候、、區(qū)域域性的的衛(wèi)星星定位位系統(tǒng)統(tǒng)。該該系統(tǒng)統(tǒng)主要要由由由空間間星座座、地地面控控制中中心系系統(tǒng)和和用戶戶終端端三部部分構(gòu)構(gòu)成。。空間間星座座部分分包括括三顆顆地球球同步步軌道道衛(wèi)星星，包包括兩兩顆地地球靜靜止衛(wèi)衛(wèi)星和和一顆顆在軌軌備份份衛(wèi)星星。北斗地地面控控制中中心系系統(tǒng)作作為整整個(gè)系系統(tǒng)的的功能能中樞樞，完完成用用戶終終端位位置解解算、、通信信信息息轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)、用用戶數(shù)數(shù)據(jù)保保存、、系統(tǒng)統(tǒng)監(jiān)控控管理理等一一系列列功能能，可可為用用戶提提供定定位、、通信信和授授時(shí)服服務(wù)。。用戶戶終端端是直直接由由用戶戶使用用的設(shè)設(shè)備，，用于于發(fā)送送定位位請(qǐng)求求和通通信信信息，，接收收定位位信息息、通通信信信息和和定時(shí)時(shí)信息息，實(shí)實(shí)現(xiàn)單單機(jī)定定位和和雙向向數(shù)字字簡(jiǎn)短短報(bào)文文通信信功能能，也也可作作為自自主導(dǎo)導(dǎo)航和和精確確授時(shí)時(shí)設(shè)備備。北斗二二號(hào)以北斗斗導(dǎo)航航試驗(yàn)驗(yàn)系統(tǒng)統(tǒng)為基基礎(chǔ)，，我國(guó)國(guó)開(kāi)始始逐步步實(shí)施施北斗斗衛(wèi)星星導(dǎo)航航系統(tǒng)統(tǒng)的建建設(shè)，，首先先滿足足中國(guó)國(guó)及其其周邊邊地區(qū)區(qū)的導(dǎo)導(dǎo)航定定位需需求，，并進(jìn)進(jìn)行系系統(tǒng)的的組網(wǎng)網(wǎng)和測(cè)測(cè)試，，逐步步構(gòu)建建一個(gè)個(gè)類似似GPS的全球球衛(wèi)星星導(dǎo)航航定位位系統(tǒng)統(tǒng)，稱稱為北北斗衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)導(dǎo)航定定位系系統(tǒng)，，簡(jiǎn)稱稱北斗斗二號(hào)號(hào)。北斗定定位系系統(tǒng)與與GPS定位系系統(tǒng)的的比較較與GPS相比，，北斗斗具有有如下下優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：北斗導(dǎo)導(dǎo)航系系統(tǒng)可可以提提供導(dǎo)導(dǎo)航定定位服服務(wù)，，其精精度可可以達(dá)達(dá)到重重點(diǎn)地地區(qū)水水平10米，高高程10米，其其他大大部分分地區(qū)區(qū)水平平20米，高高程20米；測(cè)測(cè)速精精度優(yōu)優(yōu)于0.2米/秒。這這和美美國(guó)GPS的水平平是差差不多多的。。第二，，授時(shí)時(shí)服務(wù)務(wù)。授授時(shí)精精度可可達(dá)到到單向向優(yōu)于于50納秒，，雙向向優(yōu)于于10納秒。。第三，，短報(bào)報(bào)文通通信服服務(wù)。。這一一功能能能夠夠保證證在我我國(guó)及及周邊邊地區(qū)區(qū)具備備每次次120個(gè)漢字字的短短信息息交換換能力力。第四，，具備備一定定的保保密、、抗干干擾和和抗摧摧毀能能力；；系統(tǒng)統(tǒng)的導(dǎo)導(dǎo)航定定位用用戶容容量不不再受受到限限制，，并且且保證證用戶戶設(shè)備備的體體積小小、質(zhì)質(zhì)量輕輕、功功耗低低，滿滿足手手持、、機(jī)載載、星星載、、彈載載等各各種載載體需需要。。北斗也也具有有一些些缺點(diǎn)點(diǎn)，如如用戶戶數(shù)受受限，，由于于采用用主動(dòng)動(dòng)定位位方式式而使使得對(duì)對(duì)主控控中心心的依依賴性性更高高等問(wèn)問(wèn)題。。蜂窩系系統(tǒng)定定位技技術(shù)蜂窩系系統(tǒng)定定位一一般是是指在在蜂窩窩系統(tǒng)統(tǒng)中利利用無(wú)無(wú)線電電信號(hào)號(hào)來(lái)確確定一一個(gè)移移動(dòng)對(duì)對(duì)象（（通常常是手手機(jī)，，也稱稱作移移動(dòng)臺(tái)臺(tái))所在的的地理理位置置。利利用蜂蜂窩系系統(tǒng)定定位技技術(shù)，，移動(dòng)動(dòng)通信信運(yùn)營(yíng)營(yíng)商可可以為為用戶戶提供供很多多的定定位相相關(guān)服服務(wù)，，如提提供用用戶所所在的的位置置信息息，根根據(jù)用用戶所所在的的位置置不同同進(jìn)行行靈活活的收收費(fèi)服服務(wù)，，在蜂蜂窩系系統(tǒng)中中進(jìn)行行網(wǎng)絡(luò)絡(luò)優(yōu)化化和資資源管管理等等。根據(jù)獲獲得移移動(dòng)臺(tái)臺(tái)位置置信息息方式式的不不同，，蜂窩窩定位位系統(tǒng)統(tǒng)大致致可分分為3類：基于移移動(dòng)臺(tái)臺(tái)的定定位系系統(tǒng)基于網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的定位位系統(tǒng)統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)臺(tái)輔助助定位位系統(tǒng)統(tǒng)蜂窩系系統(tǒng)常常用定定位技技術(shù)蜂窩系系統(tǒng)中中常用用的定定位技技術(shù)有有很多多，這這里我我們主主要介介紹幾幾種有有代表表性的的定位位技術(shù)術(shù)，包包括:基于GPS的定位位技術(shù)術(shù)起源蜂蜂窩小小區(qū)定定位技技術(shù)基于到到達(dá)角角的定定位技技術(shù)基于距距離的的定位位技術(shù)術(shù)GPS是一種種比較較成熟熟的定定位技技術(shù)，，能夠夠在全全球范范圍內(nèi)內(nèi)提供供較為為準(zhǔn)確確的定定位。。GPS定位不不能應(yīng)應(yīng)用于于室內(nèi)內(nèi)，并并且在在容易易受到到城市市里的的高樓樓等環(huán)環(huán)境的的影響響，定定位精精度下下降較較大。。GPS定位系系統(tǒng)的的實(shí)時(shí)時(shí)性不不強(qiáng)，，為了了適用用于蜂蜂窩系系統(tǒng)定定位，，有必必要對(duì)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)性進(jìn)進(jìn)行改改進(jìn)。。基于GPS的定位位技術(shù)術(shù)差分GPS技術(shù)的的原理理是使使用基基準(zhǔn)接接收機(jī)機(jī)來(lái)消消除GPS定位中中的公公共誤誤差。。其中中GPS基準(zhǔn)接接收機(jī)機(jī)為固固定的的基站站，知知到自自己的的準(zhǔn)確確地理理坐標(biāo)標(biāo)，因因此能能計(jì)算算出GPS的定位位結(jié)果果和自自身真真實(shí)的的地理理位置置的差差值。。輔助GPS定位技技術(shù)是是為了了克服服GPS定位技技術(shù)中中存在在的啟啟動(dòng)時(shí)時(shí)間過(guò)過(guò)慢的的缺點(diǎn)點(diǎn)，提提高定定位的的實(shí)時(shí)時(shí)性。。其主主要思思想是是建立立一個(gè)個(gè)全球球衛(wèi)星星定位位系統(tǒng)統(tǒng)參考考網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，該該網(wǎng)絡(luò)絡(luò)與移移動(dòng)通通信網(wǎng)網(wǎng)相連連，通通信網(wǎng)網(wǎng)的移移動(dòng)臺(tái)臺(tái)內(nèi)置置一個(gè)個(gè)全球球衛(wèi)星星定位位系統(tǒng)統(tǒng)接收收機(jī)。。起源蜂蜂窩小小區(qū)定定位技技術(shù)這類定定位系系統(tǒng)根根據(jù)用用戶在在網(wǎng)絡(luò)絡(luò)內(nèi)部部所處處的小小區(qū)或或者基基站來(lái)來(lái)標(biāo)識(shí)識(shí)用戶戶位置置。蜂蜂窩系系統(tǒng)中中每個(gè)個(gè)基站站都有有一個(gè)個(gè)全網(wǎng)網(wǎng)唯一一的標(biāo)標(biāo)識(shí)號(hào)號(hào)(CELLID)，系統(tǒng)統(tǒng)可以以根據(jù)據(jù)與用用戶進(jìn)進(jìn)行通通信的的基站站標(biāo)識(shí)識(shí)來(lái)確確認(rèn)用用戶所所在區(qū)區(qū)域，，并由由此提提供一一個(gè)用用戶位位置的的粗略略估計(jì)計(jì)。因因此，，這類類技術(shù)術(shù)也稱稱為CELLID技術(shù)或或者COO(CellOfOrigin)技術(shù)。。基于方方向的的定位位技術(shù)術(shù)基于方方向的的定位位技術(shù)術(shù)主要要利用用到達(dá)達(dá)角(AngleofArrival,AOA)來(lái)計(jì)算算移動(dòng)動(dòng)對(duì)象象的位位置。。該方方法中中，接接收機(jī)機(jī)通過(guò)過(guò)陣列列天線線測(cè)出出接收收信號(hào)號(hào)從移移動(dòng)對(duì)對(duì)象到到兩個(gè)個(gè)以上上基站站的傳傳輸路路徑的的到達(dá)達(dá)方向向(電波的的入射射角)并以此此來(lái)計(jì)計(jì)算移移動(dòng)對(duì)對(duì)象的的位置置信息息?；菊纠糜锰焯炀€線陣陣列列來(lái)來(lái)測(cè)測(cè)量量接接收收到到的的移移動(dòng)動(dòng)對(duì)對(duì)象象的的信信號(hào)號(hào)的的方方向向，，構(gòu)構(gòu)成成從從基基站站到到移移動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)的的徑徑向向連連線線，，兩兩根根連連線線的的相相交交點(diǎn)點(diǎn)即即為為移移動(dòng)動(dòng)對(duì)對(duì)象象的的位位置置。。通通過(guò)過(guò)對(duì)對(duì)兩兩個(gè)個(gè)基基站站的的AOA測(cè)量量就就能能確確定定目目標(biāo)標(biāo)移移動(dòng)動(dòng)對(duì)對(duì)象象的的位位置置，，但但如如果果移移動(dòng)動(dòng)對(duì)對(duì)象象恰恰好好位位于于兩兩個(gè)個(gè)基基站站之之間間的的直直線線上上，，則則AOA測(cè)量量將將無(wú)無(wú)法法確確定定目目標(biāo)標(biāo)位位置置，，所所以以通通常常采采用用兩兩個(gè)個(gè)以以上上的的基基站站提提供供定定位位。。AOA定位位技技術(shù)術(shù)示示意意圖圖[11]。MS為移移動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)，，BTS1和BTS2為兩兩個(gè)個(gè)基基站站。。通通過(guò)過(guò)測(cè)測(cè)量量到到兩兩個(gè)個(gè)基基站站的的到到達(dá)達(dá)角角，，可可以以計(jì)計(jì)算算出出MS的位位置置基于于距距離離的的定定位位技技術(shù)術(shù)移動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)和和基基站站之之間間的的距距離離的的估估計(jì)計(jì)可可以以通通過(guò)過(guò)接接收收信信號(hào)號(hào)的的強(qiáng)強(qiáng)度度、、到到達(dá)達(dá)時(shí)時(shí)間間(TimeOfArrival，TOA)、到到達(dá)達(dá)時(shí)時(shí)間間差差(TimeDifferenceOfArrival，TDOA)或者者信信號(hào)號(hào)的的相相位位來(lái)來(lái)獲獲得得。。利利用用移移動(dòng)動(dòng)對(duì)對(duì)象象到到基基站站之之間間的的距距離離和和基基站站的的坐坐標(biāo)標(biāo)，，就就可可以以計(jì)計(jì)算算移移動(dòng)動(dòng)對(duì)對(duì)象象的的位位置置。。估估計(jì)計(jì)移移動(dòng)動(dòng)對(duì)對(duì)象象在在二二維維空空間間的的位位置置需需要要三三個(gè)個(gè)距距離離測(cè)測(cè)量量值值，，而而估估計(jì)計(jì)在在三三維維空空間間的的位位置置需需要要四四個(gè)個(gè)距距離離測(cè)測(cè)量量值值。?；谟诰嗑嚯x離的的定定位位技技術(shù)術(shù)示示意意圖圖[11]。(a):利用用信信號(hào)號(hào)強(qiáng)強(qiáng)度度或或者者TOA來(lái)進(jìn)進(jìn)行行定定位位；；(b)利用用TDOA來(lái)進(jìn)進(jìn)行行定定位位(a)(b)基于于指指紋紋的的定定位位技技術(shù)術(shù)在蜂蜂窩窩系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，移移動(dòng)動(dòng)對(duì)對(duì)象象從從基基站站接接收收到到的的信信號(hào)號(hào)對(duì)對(duì)地地形形和和傳傳播播時(shí)時(shí)的的障障礙礙物物具具有有依依賴賴性性，，呈呈現(xiàn)現(xiàn)出出非非常常強(qiáng)強(qiáng)的的位位置置特特殊殊性性。。對(duì)對(duì)于于每每個(gè)個(gè)位位置置來(lái)來(lái)說(shuō)說(shuō)，，該該信信道道的的多多徑徑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)對(duì)對(duì)該該位位置置是是唯唯一一的的。。如如果果同同樣樣的的射射頻頻信信號(hào)號(hào)被被從從該該位位置置發(fā)發(fā)射射，，這這樣樣的的多多徑徑特特征征可可以以被被認(rèn)認(rèn)為為是是該該位位置置的的指指紋紋或或者者特特征征信信息息。。在一些專專用系統(tǒng)統(tǒng)里，建建立一個(gè)個(gè)適用于于某一特特定服務(wù)務(wù)區(qū)域的的與位置置網(wǎng)格有有關(guān)的““位置信信息數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)”(或信號(hào)指指紋數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù))，存儲(chǔ)定定位系統(tǒng)統(tǒng)覆蓋范范圍內(nèi)每每個(gè)位置置所觀察察到無(wú)線線信號(hào)的的特征信信息。當(dāng)需要定定位時(shí)，，移動(dòng)臺(tái)臺(tái)測(cè)量周周圍環(huán)境境的無(wú)線線信號(hào)信信息并把把測(cè)量結(jié)結(jié)果發(fā)送送到位置置服務(wù)器器，位置置服務(wù)器器將其與與數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)中的內(nèi)內(nèi)容進(jìn)行行比較匹匹配，與與測(cè)量結(jié)結(jié)果一致致的信號(hào)號(hào)特征信信息所對(duì)對(duì)應(yīng)的位位置區(qū)域域就是移移動(dòng)臺(tái)當(dāng)當(dāng)前位置置。RFID定位技術(shù)術(shù)目前常用用的RFID標(biāo)簽可以以分為兩兩類：有有源標(biāo)簽簽（activetag）和無(wú)源源標(biāo)簽（（passivetag）。無(wú)源源標(biāo)簽的的讀取距距離比較較近，一一般需要要在距離離讀寫器器不超過(guò)過(guò)幾米的的范圍內(nèi)內(nèi)進(jìn)行讀讀取，它它們依靠靠從讀寫寫器發(fā)出出的信號(hào)號(hào)中獲取取能量進(jìn)進(jìn)行操作作；有源源標(biāo)簽利利用電池池供電進(jìn)進(jìn)行工作作，讀取取范圍要要大的多多，可以以達(dá)到100米到300米左右。。由于所所使用的的標(biāo)簽的的不同，，基于RFID的定位技技術(shù)也可可以分為為基于標(biāo)標(biāo)簽的定定位技術(shù)術(shù)和基于于讀寫器器的定位位技術(shù)兩兩種基于RFID標(biāo)簽的定定位技術(shù)術(shù)基于RFID標(biāo)簽的定定位技術(shù)術(shù)類似于于上一節(jié)節(jié)所講的的基于指指紋的無(wú)無(wú)線定位位技術(shù)，，稱作模模式匹配配（PatternMatching）技術(shù)。。其主要要思想是是將定位位分為兩兩個(gè)階段段：訓(xùn)練練階段和和定位階階段。系系統(tǒng)中安安裝了一一些RFID讀寫器。。在訓(xùn)練練階段，，選取某某些位置置作為訓(xùn)訓(xùn)練點(diǎn)，，并在這這些位置置收集RFID讀寫器發(fā)發(fā)射的信信號(hào)的強(qiáng)強(qiáng)度。這這些信號(hào)號(hào)值組成成了一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)，稱為為信號(hào)地地圖（RadioMap）。在定位階階段，標(biāo)標(biāo)簽收集集來(lái)自各各個(gè)RFID讀寫器的的信號(hào)的的強(qiáng)度并并將這些些數(shù)據(jù)傳傳回定位位服務(wù)器器，由定定位服務(wù)務(wù)器數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)進(jìn)行匹配配來(lái)計(jì)算算出當(dāng)前前標(biāo)簽的的位置。。一般的的方法是是選擇信信號(hào)強(qiáng)度度與收集集到的信信號(hào)強(qiáng)度度最接近近的訓(xùn)練練點(diǎn)作為為當(dāng)前位位置的估估計(jì)，或或者是選選擇若干干個(gè)信號(hào)號(hào)強(qiáng)度最最接近的的若干的的位置的的加權(quán)平平均作為為當(dāng)前位位置的估估計(jì)。一個(gè)著名名的算法法是LANDMARC，如圖所所示。圖圖中的參參考標(biāo)簽簽也參與與定位過(guò)過(guò)程。當(dāng)當(dāng)在某個(gè)個(gè)位置搜搜集到來(lái)來(lái)自讀寫寫器的信信號(hào)強(qiáng)度度值以后后，并不不是與存存儲(chǔ)在數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中中的歷史史信息進(jìn)進(jìn)行比較較，而是是與當(dāng)前前各個(gè)參參考標(biāo)簽簽所搜集集的信號(hào)號(hào)強(qiáng)度比比較，并并選擇若若干個(gè)最最為接近近的參考考標(biāo)簽的的位置進(jìn)進(jìn)行加權(quán)權(quán)平均獲獲得當(dāng)前前點(diǎn)的位位置估計(jì)計(jì)。利用用這種方方法，LANDMARC的在一個(gè)個(gè)24平方米的的區(qū)域中中可以達(dá)達(dá)到2米的定位位精度，，時(shí)延為為7.5秒?；赗FID讀寫器的的定位技技術(shù)在大部分分RFID定位系統(tǒng)統(tǒng)中，待待定位的的RFID標(biāo)簽是移移動(dòng)的而而RFID讀寫器往往往是靜靜止的。。比如，，前面所所講的LANDMARC系統(tǒng)中就就是這樣樣。而在在基于RFID讀寫器的的定位系系統(tǒng)中，，情形恰恰恰相反反：RFID標(biāo)簽是固固定的而而RFID讀寫器是是移動(dòng)的的，其目目標(biāo)是追追蹤并定定位RFID讀寫器而而不是RFID標(biāo)簽。無(wú)線傳感感網(wǎng)定位位技術(shù)一般來(lái)說(shuō)說(shuō)，無(wú)線線傳感器器網(wǎng)絡(luò)中中定位技技術(shù)的研研究?jī)?nèi)容容包括如如下幾個(gè)個(gè)方面：：定位算法法設(shè)計(jì)可定位性性理論定位誤差差分析移動(dòng)傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)定位安全定位位算法典型無(wú)線線傳感器器網(wǎng)絡(luò)定定位算法法質(zhì)心算法法示意圖圖。圖中中部署在在網(wǎng)格上上的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)是錨節(jié)節(jié)點(diǎn)，待待定位節(jié)節(jié)點(diǎn)利用用所監(jiān)聽(tīng)聽(tīng)到的錨錨節(jié)點(diǎn)的的質(zhì)心作作為自己己的位置置估計(jì)在網(wǎng)絡(luò)中中，錨節(jié)節(jié)點(diǎn)按照照網(wǎng)格形形狀部署署并向網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中廣廣播自己己的位置置信息。。一個(gè)待待定位節(jié)節(jié)點(diǎn)會(huì)記記錄所有有它監(jiān)聽(tīng)聽(tīng)到的錨錨節(jié)點(diǎn)和和相應(yīng)的的位置。。設(shè)一個(gè)個(gè)待定位位節(jié)點(diǎn)收收到了k個(gè)