物聯(lián)網定位技術

1、 物聯(lián)網定位技術物聯(lián)網定位技術確定自己確定自己( (目標或節(jié)點目標或節(jié)點) )在系統(tǒng)中的位置在系統(tǒng)中的位置在系統(tǒng)中尋找目標在系統(tǒng)中尋找目標( (節(jié)點節(jié)點) )的位置的位置絕對位置：目標在某一特定坐絕對位置：目標在某一特定坐標系中的位置標系中的位置( (經緯度、高度等經緯度、高度等) )相對位置：相對于某一基點的相對位置：相對于某一基點的位置關系位置關系基于傳感器網的定位技術按傳感器工作模式分類基于無線傳感器網絡的定基于無線傳感器網絡的定位技術位技術基于上行鏈路提供相對位置確定錨節(jié)點(基點，L1、L2、L3)，再根據目標(A)與錨節(jié)點的距離，確定目標節(jié)點的相對位置基于傳感器網的定位技術按傳感器工

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端定位技術基于下行鏈路提供多種位置信息定位準確快速，解算相對復雜，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：移動終端無需改動缺點：無法與其他業(yè)務同時進行；增加信令開銷；定位時間較長基于傳感器網的定位技術基于無線傳感器網絡的定位技術基于傳感器網的定位技術AOA定位法定位法相應地測量出目標與兩個基站之間的傳輸信號到達角度參數(shù)的信息，通過數(shù)學解算，得到目標的具體位置信息優(yōu)點：在基站稀疏的場景使用缺點：障礙物增大誤差基于無線傳感器網絡的定位

3、技術基于傳感器網的定位技術TOA定位法定位法基于信號到達時間定位法，通過精確測量從目標到三個以上基站的信號傳輸時間得到目標到基站的距離，進而解算出目標的位置基于無線傳感器網絡的定位技術基于傳感器網的定位技術TOA定位法定位法電磁波傳播速度高；目標與基站距離小，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。優(yōu)點優(yōu)點終端設備無需改造定位精度高，數(shù)據可優(yōu)化缺點缺點時鐘同步復雜誤差易累積放大基于無線傳感器網絡的定位技術基于傳感器網的定位技術TDOA定位法定位法基于信號到達時間差定位法，通過精確測量從目標到不同步基站的信號傳輸時間差，進而解算出目標的位置基于無線傳感器網絡的定位技術基于傳感器網

4、的定位技術TDOA定位法定位法TDOA算法是對TOA算法的一種改進方法，不直接利用信號到達時間來解算目標位置，利用信號到達時間差解算。無需在信號中加入特定的時間標記信息定位精度該與TOA算法解算二維坐標最少需要兩個雙曲線方程，即三個基站；解算三維坐標至少需要三個雙曲線方程，即四個基站對硬件設備要求較高，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絡的定位技術基于傳感器網的定位技術TDOA定位法定位法優(yōu)點優(yōu)點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缺點需要對基站設備進行改造

5、傳感器節(jié)點須附加聲波或超聲波收發(fā)裝置(組合測距方式)基于無線傳感器網絡的定位技術基于傳感器網的定位技術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，根據傳感器發(fā)射的兩種信號到達的時間差(T2 - T1)和兩種信號的傳播速度解算兩點間的距離。測量精度提高設備成本增加基于無線傳感器網絡的定位技術基于傳感器網的定位技術COO定位法定位法單基站定位方式，根據移動終端所處的傳感器網絡ID號確定終端的具體位置。定位原理和方式最為簡單。定位精度取決于網絡小區(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50m以內；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線傳感器網絡的

6、定位技術基于傳感器網的定位技術COO定位法定位法優(yōu)點優(yōu)點實現(xiàn)簡單只需建立基站覆蓋數(shù)據庫定位快速無需改造設備缺點缺點定位精度較差GPS全球范圍定位技術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，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統(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航信息GPS全球范圍定位技術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GPS全球范圍定位技術GPS特點衛(wèi)星不間斷發(fā)射由二進制碼元組成的偽隨機碼(簡稱偽碼)組成的導航電文，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厘米級，甚至毫米級。GPS提供的導航信息為經緯度。 地球直徑約12756km 緯度1度對應距離約為111.133km 經度1度對應距離約為111.413cos(km)， 為測量點緯度AGPS全球范圍定位技術輔助全球

8、衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Assisted Global Positioning System，AGPS）是一種GPS的運行方式。它可以利用手機基地站的資訊，配合傳統(tǒng)GPS衛(wèi)星，讓定位的速度更快。 AGPS技術是一種結合了網絡基站信息和GPS信息對移動臺進行定位的技術，可以在移動通信網絡中使用。AGPS技術需要在手機具有GPS接收機模塊，改造手機天線，同時要在移動網絡上加建位置服務器、差分GPS基準站等設備。如果要提高該方案在室內等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技術的一種定位方案。GPSOne全球范圍定位技術GPSOn

9、e是高通公司開發(fā)的一種基于GPS的混合定位技術。GPSOne技術利用地面基站移動臺定位技術對GPS定位進行互補輔助定位，是位置信息的獲得更加快速準確。常用的移動臺定位技術包括AOA、TOA、TDOA等地面定位技術：行程往返延遲RTD，導頻相位測量GPSOne全球范圍定位技術行程往返延遲RTD設移動臺發(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的幾何距離是基站到移動臺實際距離的兩倍。導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頻與參考導頻之間的相位差。GPSO

10、ne全球范圍定位技術手機上報移動臺導頻測量信息定位引擎根據“初始位置”計算GPS捕獲輔助數(shù)據，發(fā)送給手機接收GPS信號和移動臺導頻測量信號，上報定位引擎GPS信號達標信號達標引入其他算法計引入其他算法計算手機位置算手機位置采用采用GPS信號計信號計算手機位置算手機位置輸出定位結果輸出定位結果結果返回手機結果返回手機是否混合定位方式通過地面輔助網絡和GPS共同定位移動臺直接利用GPS測量值計算位置信息GPSOne全球范圍定位技術目標三維坐標通過三顆衛(wèi)星獲得利用基站時鐘對移動臺參考時鐘進行校準，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，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接收機接收機靈敏度靈敏度減少搜索減少搜索響應快響應快降低設備復雜度降低設備復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)據更新數(shù)據更新累積誤差小累積誤差小戰(zhàn)場區(qū)域定位局部區(qū)域定位技術可快速了解作戰(zhàn)單位具體位置以及戰(zhàn)場實時情況人員位置監(jiān)控與查找局部區(qū)域定位技術物品與人員運動軌跡記錄局部區(qū)域定位技術概念基于節(jié)點的定位技術錨節(jié)點錨節(jié)點也叫信標節(jié)點，指已知自身位置信息的

12、節(jié)點，為其他節(jié)點提供參考坐標。鄰居節(jié)點鄰居節(jié)點一個節(jié)點通信距離范圍內的所有節(jié)點的集合，大多數(shù)場合指一跳距離的節(jié)點。跳數(shù)跳數(shù)指兩個節(jié)點之間建立通訊連接所需經過的跳段的總和。網絡連接度網絡連接度所有節(jié)點的鄰居個數(shù)取平均值，可反映傳感器配置的密集程度多維標度技術定位算法集中式定位法MDS可以將相關物體映射為低維空間中存在的一個點，當這個低維空間的維數(shù)轉化為2或者3時，該情景就成為一個節(jié)點定位問題?？捎糜跍y距式定位算法中在錨節(jié)點少的網絡計算中，誤差較大節(jié)點多的網絡，矩陣大，運算量大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)點之間多跳網絡(未知節(jié)點構成)的跳數(shù)，估算出每一跳的距離，進而估算出每個節(jié)點的位置。精度：網絡連通度為10，錨節(jié)點比例10%的網絡中，定位精確度約為33%Dv-Hop定位算法應用背景：大規(guī)模網絡中，目標節(jié)點無法與足夠多的錨節(jié)點直接通信；節(jié)點隨機部署，只有錨節(jié)點可精確定位。分布式定位法優(yōu)點優(yōu)點算法結構簡單易實現(xiàn)，計算量小擴展性好無需復雜的精確測距方式，硬件要求低，成本低缺點缺點性能受節(jié)點密度影響大，節(jié)點密度大，精確度高不適用于非凸區(qū)域的定位錨節(jié)點的分布情況影響定位精度質心定位算法分布式定位法基本原理：錨節(jié)點每隔一段時間，向鄰居節(jié)點廣播信標信號；未知節(jié)點接收到來自不同錨節(jié)點