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(duì)位置：目標(biāo)在某一特定坐絕對(duì)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(duì)位置：相對(duì)于某一基點(diǎn)的相對(duì)位置：相對(duì)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(lèi)基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的定基于無(wú)線(xiàn)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(duì)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(duì)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(lèi)基于帶有傳感器的移動(dòng)終基于帶有傳感器的移動(dòng)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(duì)復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)硬件有一定要求基于帶有傳感器的移動(dòng)終端的定位技術(shù)TA定位法定位法移動(dòng)終端與附近的三個(gè)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(dòng)終端無(wú)需改動(dòng)缺點(diǎn)：無(wú)法與其他業(yè)務(wù)同時(shí)進(jìn)行；增加信令開(kāi)銷(xiāo)；定位時(shí)間較長(zhǎng)基于傳感器網(wǎng)的定位技術(shù)基于無(wú)線(xiàn)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(cè)量出目標(biāo)與兩個(gè)基站之間的傳輸信號(hào)到達(dá)角度參數(shù)的信息，通過(guò)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(chǎng)景使用缺點(diǎn)：障礙物增大誤差基于無(wú)線(xiàn)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(hào)到達(dá)時(shí)間定位法，通過(guò)精確測(cè)量從目標(biāo)到三個(gè)以上基站的信號(hào)傳輸時(shí)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(wú)線(xiàn)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(cè)量單元的時(shí)鐘精度緊密相關(guān)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)終端設(shè)備無(wú)需改造定位精度高，數(shù)據(jù)可優(yōu)化缺點(diǎn)缺點(diǎn)時(shí)鐘同步復(fù)雜誤差易累積放大基于無(wú)線(xiàn)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(hào)到達(dá)時(shí)間差定位法，通過(guò)精確測(cè)量從目標(biāo)到不同步基站的信號(hào)傳輸時(shí)間差，進(jìn)而解算出目標(biāo)的位置基于無(wú)線(xiàn)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(duì)TOA算法的一種改進(jìn)方法，不直接利用信號(hào)到達(dá)時(shí)間來(lái)解算目標(biāo)位置，利用信號(hào)到達(dá)時(shí)間差解算。無(wú)需在信號(hào)中加入特定的時(shí)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(gè)雙曲線(xiàn)方程，即三個(gè)基站；解算三維坐標(biāo)至少需要三個(gè)雙曲線(xiàn)方程，即四個(gè)基站對(duì)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(shí)間同步)、估計(jì)算法基于無(wú)線(xiàn)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(yǔ)音和控制信道上測(cè)量適用于多種通信制式對(duì)原有系統(tǒng)改動(dòng)不大測(cè)量精度對(duì)距離、多徑干擾、功率等因素不敏感延時(shí)小缺點(diǎn)缺點(diǎn)需要對(duì)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(cè)距方式)基于無(wú)線(xiàn)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(cè)量算法采用RF信號(hào)和超聲波信號(hào)測(cè)距，根據(jù)傳感器發(fā)射的兩種信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差(T2 - T1)和兩種信號(hào)的傳播速度解算兩點(diǎn)間的距離。測(cè)量精度提高設(shè)備成本增加基于無(wú)線(xiàn)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(dòng)終端所處的傳感器網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)確定終端的具體位置。定位原理和方式最為簡(jiǎn)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?xún)?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(wú)線(xiàn)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(jiǎn)單只需建立基站覆蓋數(shù)據(jù)庫(kù)定位快速無(wú)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(jiǎn)稱(chēng)。GPS系統(tǒng)利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱(chēng)為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)GPS。GPS是由美國(guó)國(guó)防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時(shí)段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能為全球用戶(hù)提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時(shí)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(gè)軌道平面上。每12小時(shí)環(huán)繞地球一圈。地面控制部分：主控站、地面天線(xiàn)、監(jiān)測(cè)站及通訊輔助系統(tǒng)。GPS用戶(hù)裝置：衛(wèi)星天線(xiàn)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(jiǎn)稱(chēng)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(cè)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(jí)，甚至毫米級(jí)。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(duì)應(yīng)距離約為111.133km 經(jīng)度1度對(duì)應(yīng)距離約為111.413cos(km)， 為測(cè)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(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行定位的技術(shù)，可以在移動(dòng)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(xiàn)，同時(shí)要在移動(dòng)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(hào)屏蔽地區(qū)的定位有效性，該方案還提出需要增添類(lèi)似于EOTD方案中的位測(cè)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(kāi)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(dòng)臺(tái)定位技術(shù)對(duì)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(dòng)臺(tái)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(cè)量GPSOne全球范圍定位技術(shù)行程往返延遲RTD設(shè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)至基站的時(shí)間為t，假定上、下行鏈路的傳輸延遲特性相同，則信號(hào)返回的延遲為2t。移動(dòng)臺(tái)信號(hào)往返時(shí)間對(duì)應(yīng)的幾何距離是基站到移動(dòng)臺(tái)實(shí)際距離的兩倍。導(dǎo)頻相位差測(cè)量移動(dòng)臺(tái)持續(xù)搜索相鄰活躍的小區(qū)之間的導(dǎo)頻信號(hào)，用來(lái)確定基站切換的最優(yōu)選擇對(duì)象。移動(dòng)臺(tái)測(cè)量來(lái)自基站的每一個(gè)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(bào)移動(dòng)臺(tái)導(dǎo)頻測(cè)量信息定位引擎根據(jù)“初始位置”計(jì)算GPS捕獲輔助數(shù)據(jù)，發(fā)送給手機(jī)接收GPS信號(hào)和移動(dòng)臺(tái)導(dǎo)頻測(cè)量信號(hào)，上報(bào)定位引擎GPS信號(hào)達(dá)標(biāo)信號(hào)達(dá)標(biāo)引入其他算法計(jì)引入其他算法計(jì)算手機(jī)位置算手機(jī)位置采用采用GPS信號(hào)計(jì)信號(hào)計(jì)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(guò)地面輔助網(wǎng)絡(luò)和GPS共同定位移動(dòng)臺(tái)直接利用GPS測(cè)量值計(jì)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(guò)三顆衛(wèi)星獲得利用基站時(shí)鐘對(duì)移動(dòng)臺(tái)參考時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，即修正移動(dòng)臺(tái)時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘的時(shí)鐘差時(shí)鐘差與信號(hào)路徑無(wú)關(guān)，因此無(wú)多徑干擾GPSOne定位方案的優(yōu)勢(shì)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(dòng)臺(tái)已可利用移動(dòng)臺(tái)已有器件和軟件有器件和軟件迅速鎖定信號(hào)迅速鎖定信號(hào)延長(zhǎng)電池壽命延長(zhǎng)電池壽命減少對(duì)通信信道減少對(duì)通信信道干擾干擾縮小了移動(dòng)臺(tái)在縮小了移動(dòng)臺(tái)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(chǎng)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(chǎng)實(shí)時(shí)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(dòng)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(gè)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(chǎng)合指一跳距離的節(jié)點(diǎn)。跳數(shù)跳數(shù)指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立通訊連接所需經(jīng)過(guò)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(gè)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(gè)點(diǎn)，當(dāng)這個(gè)低維空間的維數(shù)轉(zhuǎn)化為2或者3時(shí)，該情景就成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題。可用于測(cè)距式定位算法中在錨節(jié)點(diǎn)少的網(wǎng)絡(luò)計(jì)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(cè)量確定分布在兩個(gè)或多個(gè)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(gè)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(wú)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(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算量小擴(kuò)展性好無(wú)需復(fù)雜的精確測(cè)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(shí)間，向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播信標(biāo)信號(hào)；未知節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自不同錨節(jié)點(diǎn)