GPS的致命短板—室内定位 移动终端用户对定位的需求 GSM蜂窝网络 通讯区域被分割成蜂窝小区 每个小区对应一个通讯基站 利用基站位置已知的条件,可对通讯设备进行定位
近年来,汽车导航还可优化路线,找出“最快”路线 汽车自主导航 地面车辆跟踪 个人旅游、野外探险与紧急救生
AoA(Angle of Arrival):已知定位目标与两个基站连线的方 位,便可利用两条射线的交点确定目标位置 需要配置昂贵的方向天线
优点 不需要GPS接收机,通讯即可定位 定位速度快 信号穿透能力强,室内亦可接收到
室内环境更为复杂,会由各种障碍引发多径效应 原因:障碍物反射电磁波,室内障碍物众多,大量反射 波与原始波在接收端混叠,多径效应明显
对电磁波的阻碍作用 长波信号(GPS)传播能力强,穿透能力弱 室内应选用短波信号来进行定位
由24颗距地表高度为20200 km的卫星组成 其中21颗为工作卫星,其余3颗为备用卫星
1个主控中心(科罗拉多州)1个备用中心(马里兰州) 4个专用地面天线个专用监视站
1、单基站定位法(COO:Cell of Origin) 将移动设备所属基站的位置视为移动设备的位置 精度直接取决于基站覆盖的范围(几十米~几十千米), 以及用户与基站间的距离
2、多基站定位法ToA、TDoA、AoA ToA(Time of Arrival):类似于GPS定位,用基站代替卫星, 但基站时钟精度低,且存在多径干扰,定位结果误差较大 TDoA(Time Difference of Arrival):用信号到达不同基站的 时间差建立方程组求出位置,可抵消大部分定位误差 至少需要三个基站进行定位,某些区域无法使用
1、A(Assisted)-GPS定位 GPS定位和蜂窝基站定位的结合 解决GPS定位速度过慢、基站定位误差过大的问题 利用基站定位确定大致范围 连接网络,查询当前位置可见卫星 大大缩短搜索卫星的时间 定位时间几十秒,精度与GPS定位相同
3、定位原理 三点定位方式 一点确定一个球面 两点确定一个圆面 三点确定唯一交点 距离测定方式 GPS卫星发出连续不断的信号,由接收机接收这些信号 通过收发信号之间的时间差及电磁波的传输速率,计算距离 工作卫星搭载铯原子钟,保持时钟的精准
信号强度(RSS:Received Signal Strength)定位 使用信号强度在传输中的衰减特性进行定位 利用已有无线网络(蓝牙、Wi-Fi、ZigBee)、红外线、超 声波、RFID等 与基站定位与GPS相比,RSS具有无需大规模专用网络、 性价比高、使用方便等优势
通过RFID定位找到标签位置,从而定位设备的位置 结合传感技术,还可以监控设备的状况(空闲?故障?老 化报废?)
位置信息 地理位置(空间坐标) 处在该位置的时刻(时间坐标) 处在该位置的对象(身份信息)
1、GPS发展简史 1973年,美国国防部开始实行GPS计划 1983年,时任美国总统里根承诺GPS将来会对民用开放 1989年,正式开始发射GPS工作卫星 1994年,卫星组网完成,投入使用 2000年,时任美国总统克林顿下令取消军用民用信号的 精度差别对待 军用信号精度约20 m,民用信号精度约300 m
4、特点 优点 精度高、全球覆盖、操作简便、可用于险恶环境 缺点 定位时间较长 室内信号差(电磁屏蔽、电磁反射) 需要GPS接收机
通过定位系统获取物体的位置信息是物联网时代的 重要研究课题 4.1 位置信息 4.2 定位系统 4.3 定位技术 4.4 物联网环境下定位技术的新挑战和发展前景
一种典型的卫星定位系统 世界上应用最广泛的定位导航系统 各国的卫星定位系统 美国:GPS 俄罗斯:GLONASS 欧盟:伽利略 中国:北斗一号(区域)、北斗二号(全球)