GPSONE定位原理

1、2010年8月 GPSONE定位原理1定位業(yè)務(wù)定義 定位業(yè)務(wù)是指通過移動(dòng)運(yùn)營商的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，采用相關(guān)定位技術(shù)，定位業(yè)務(wù)是指通過移動(dòng)運(yùn)營商的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，采用相關(guān)定位技術(shù)，結(jié)合結(jié)合GISGIS系統(tǒng)，通過手機(jī)等設(shè)備，確定移動(dòng)用戶的實(shí)際位置，并以短信、系統(tǒng)，通過手機(jī)等設(shè)備，確定移動(dòng)用戶的實(shí)際位置，并以短信、彩信、彩信、WAPWAP、客戶端、客戶端、WebWeb軟件等多種方式將位置呈現(xiàn)給用戶的增值服務(wù)軟件等多種方式將位置呈現(xiàn)給用戶的增值服務(wù)（Location-basedServiceLocation-basedService，LBSLBS） 日本日本NTT NTT ：i-areai-area中國聯(lián)通

2、：關(guān)愛之星中國聯(lián)通：關(guān)愛之星中國移動(dòng)：手機(jī)地圖中國移動(dòng)：手機(jī)地圖20122012年將達(dá)到年將達(dá)到38.2438.24億元！億元！現(xiàn)有的定位技術(shù)分類3定位定位技術(shù)技術(shù)蜂窩蜂窩天線天線定位定位衛(wèi)星衛(wèi)星定位定位GPS定位定位方法方法GPSONE混合定位混合定位基于基于網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的定的定位位基于基于移動(dòng)移動(dòng)臺(tái)的臺(tái)的定位定位傳統(tǒng)傳統(tǒng)GPS定位方法定位方法差分差分GPS定位定位DGPS網(wǎng)絡(luò)輔助網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位定位AGPS基于距離基于距離的定位算的定位算法法基于時(shí)間基于時(shí)間的定位算的定位算法法上行鏈路信號到達(dá)時(shí)間方法上行鏈路信號到達(dá)時(shí)間方法TOA高級前向鏈路三角定位方法高級前向鏈路三角定位方法AFLT基站定

3、位方法基站定位方法CELL ID基于時(shí)間基于時(shí)間的定位算的定位算法法下行鏈路增強(qiáng)觀測時(shí)間差方法下行鏈路增強(qiáng)觀測時(shí)間差方法E-OTD下行鏈路空閑周期觀測時(shí)間差方法下行鏈路空閑周期觀測時(shí)間差方法上行鏈路信號到達(dá)時(shí)間差方法上行鏈路信號到達(dá)時(shí)間差方法U-TDOA普通GPS定位GPS系統(tǒng)由24顆通訊衛(wèi)星、地面控制平臺(tái)和用戶端GPS終端三部份組成地面控制平臺(tái)向衛(wèi)星播發(fā)星歷等數(shù)據(jù)GPS終端接收衛(wèi)星信號并進(jìn)行計(jì)算處理，得出經(jīng)緯度后在電子地圖上顯示傳統(tǒng)的GPS定位技術(shù)在戶外運(yùn)轉(zhuǎn)良好，但在室內(nèi)或衛(wèi)星信號無法覆蓋的地方效果較差，而且如果所在位置上空沒有3顆以上的衛(wèi)星，那么系統(tǒng)就無法從冷啟動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)定位。特點(diǎn)：特點(diǎn)：

4、 過于依賴終端性能，即將衛(wèi)星掃描、捕過于依賴終端性能，即將衛(wèi)星掃描、捕獲、偽距信號接收及定位運(yùn)算等工作集于獲、偽距信號接收及定位運(yùn)算等工作集于終端一身、終端耗電等方面的缺陷。終端一身、終端耗電等方面的缺陷。 在在GPSGPS信號接收環(huán)境極為惡劣的城市中信號接收環(huán)境極為惡劣的城市中心、地下停車場等無法進(jìn)行定位，或定位心、地下停車場等無法進(jìn)行定位，或定位誤差較大。誤差較大。 首次獲取位置信息時(shí)間較長。首次獲取位置信息時(shí)間較長。GPS位置算法原理四個(gè)方程式中待測點(diǎn)坐標(biāo)x、 y、 z 和Vto為未知參數(shù)，其中di=cti (i=1、2、3、4)di (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1衛(wèi)星4到接收機(jī)之

5、間的距離，ti (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1衛(wèi)星4的信號到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。c為GPS信號的傳播速度（光速）四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下：x、y、z 為待測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1衛(wèi)星4在t時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得Vt i (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供，Vto為接收機(jī)的鐘差。 由以上四個(gè)方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z 和接收機(jī)的鐘差Vto GPS的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方

6、向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。差分GPS定位DGPS差分定位，是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)之間的相對位置的方法，即將一臺(tái)GPS接收機(jī)安置在已知坐標(biāo)的基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離修正信息，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行GPS觀測的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的改正數(shù)，并對其定位結(jié)果進(jìn)行誤差修正。差分定位通常用于移動(dòng)物體對于固定位置的精確定位，如飛機(jī)與跑道或輪船與港口等。GPSGPS定位誤差：定位誤差： 衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、大氣誤差衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、大氣誤差 傳播延遲誤差傳播延遲誤差 GPSGPS接收機(jī)內(nèi)部誤差接收機(jī)內(nèi)部誤差輔助

7、GPS定位AGPS特點(diǎn)：特點(diǎn)： 在定位精度、定位靈敏度、終端在定位精度、定位靈敏度、終端耗電及啟動(dòng)速度方面比傳統(tǒng)耗電及啟動(dòng)速度方面比傳統(tǒng)GPSGPS均均有顯著提高。有顯著提高。 每次定位時(shí)間間隔較長（每次定位時(shí)間間隔較長（15S15S） 網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行改造，增加位置服網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行改造，增加位置服務(wù)器等設(shè)備務(wù)器等設(shè)備 室內(nèi)等衛(wèi)星信號不好的地方依然室內(nèi)等衛(wèi)星信號不好的地方依然無法定位無法定位AGPS手機(jī)首先將本身的基站地址通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿恢梅?wù)器 位置服務(wù)器根據(jù)該手機(jī)的大概位置傳輸與該位置相關(guān)的GPS輔助信息到手機(jī) 該手機(jī)的AGPS模塊根據(jù)輔助信息有目標(biāo)的去接收GPS原始信號手機(jī)在接收到GPS原始信

8、號后解調(diào)信號，計(jì)算手機(jī)到衛(wèi)星的偽距和有關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿恢梅?wù)器 位置服務(wù)器根據(jù)傳來的GPS偽距信息和來自其他定位設(shè)備（如差分GPS基準(zhǔn)站等）的輔助信息完成對GPS信息的處理，并估算該手機(jī)的位置 位置服務(wù)器將該手機(jī)的位置通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)绞謾C(jī)或應(yīng)用平臺(tái) 移動(dòng)基站定位CellId定位系統(tǒng)根據(jù)用戶在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所處的小區(qū)或基站，標(biāo)識終端位置。終端有可能在小區(qū)內(nèi)的任何位置，因此定位精度完全取決于小區(qū)的大小特點(diǎn)：特點(diǎn)：成本低、定位誤差受環(huán)境影響成本低、定位誤差受環(huán)境影響200200米米 幾公里，幾公里，在效區(qū)或農(nóng)村基站分布較少地帶無法定位或定位誤差太大在效區(qū)或農(nóng)村基站分布較少地帶無法定位或定位誤差太大通過通

9、過網(wǎng)絡(luò)側(cè)采集用戶當(dāng)前所在的基站網(wǎng)絡(luò)側(cè)采集用戶當(dāng)前所在的基站Cell信息以獲取用戶當(dāng)前位置信息以獲取用戶當(dāng)前位置采集的基站信息包括采集的基站信息包括位置更新、呼叫處理、短消息傳送等更新、呼叫處理、短消息傳送等不需要大規(guī)模更換設(shè)備，成本低不需要大規(guī)模更換設(shè)備，成本低CDMA三角定位AFLT優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 在城市基站密度較高，在地下停車場，高架橋下及高樓大廈林立等GPS定位困難的區(qū)域，CDMA三角定位精度較高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 在農(nóng)村或郊外CDMA三角定位因無線基站稀少精度較差。 需要增加位置計(jì)算服務(wù)器位置計(jì)算服務(wù)器根據(jù)手機(jī)信號可以獲知手機(jī)在與哪些基站聯(lián)系，并可以查詢到這些基站的經(jīng)緯度位置計(jì)算服務(wù)器利用C

10、DMA終端接收到不同基站發(fā)出的信號到達(dá)該終端的時(shí)間差，通過定位算法計(jì)算經(jīng)緯度其他蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)如GSM/GPRS也有類似自定位技術(shù)，但由于CDMA是唯一全網(wǎng)同步（通過GPS）網(wǎng)絡(luò)，因此定位精度最高?；旌隙ㄎ籊PSONE美國高通公司將AGPS定位及CDMA三角定位(基站定位）功能嵌入到CDMA終端芯片之中將上述兩種定位技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)的融合，形成了獨(dú)步全球移動(dòng)定位市場的gpsOne混合定位技術(shù) 輔助模式（輔助模式（MS-ASSITEDMS-ASSITED） 利用服務(wù)器計(jì)算位置的混合定位利用服務(wù)器計(jì)算位置的混合定位 基本模式（基本模式（MS-BASEDMS-BASED） 拋棄拋棄GPSGPS，純粹的基

11、站定位，需服務(wù)器支持，純粹的基站定位，需服務(wù)器支持 獨(dú)立模式（獨(dú)立模式（STANDALONESTANDALONE） 拋棄基站，純粹的拋棄基站，純粹的GPSGPS定位，可不要服務(wù)支持定位，可不要服務(wù)支持 上述三種模式可以通過調(diào)整手機(jī)芯片中上述三種模式可以通過調(diào)整手機(jī)芯片中APIAPI接口函數(shù)的輸入?yún)?shù)來調(diào)整接口函數(shù)的輸入?yún)?shù)來調(diào)整GPSONE定位的三種模式：GPSONE的特點(diǎn)q定位精度高：定位精度高： 平均定位精度為平均定位精度為5 - 50米。米。q定位靈敏度高：在有定位靈敏度高：在有CDMA信號覆蓋的地方均可定位。且信號覆蓋的地方均可定位。且 gpsOne系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施輔助設(shè)備提供了比常系統(tǒng)

12、的基礎(chǔ)設(shè)施輔助設(shè)備提供了比常規(guī)規(guī)GPS定位高出定位高出20dB的靈敏度。的靈敏度。q定位方式多：定位方式多： 采用無線網(wǎng)絡(luò)輔助采用無線網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位和定位和CDMA三角運(yùn)算三角運(yùn)算定位混合定位模式，農(nóng)村、郊區(qū)通過定位混合定位模式，農(nóng)村、郊區(qū)通過GPS定位，定位，室內(nèi)、地下停車場、高樓林立等室內(nèi)、地下停車場、高樓林立等GPS定位困難定位困難時(shí)采用時(shí)采用CDMA三角輔助定位和基站定位。三角輔助定位和基站定位。q占用網(wǎng)絡(luò)資源少：采用觸發(fā)式定位，高可靠性傳輸。占用網(wǎng)絡(luò)資源少：采用觸發(fā)式定位，高可靠性傳輸。q終端應(yīng)用成熟：全球已超過終端應(yīng)用成熟：全球已超過1億部億部gpsOne終端（高通公司數(shù)終端（

13、高通公司數(shù) 據(jù)）。據(jù)）。q未來未來3G網(wǎng)絡(luò)的主流定位技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)的主流定位技術(shù)。各種定位技術(shù)的比較GPSONEGPSONEGPSGPS移動(dòng)基站定位移動(dòng)基站定位精度依賴于呼叫環(huán)境，精度為5-50米（從開闊天空到城市峽谷地帶）依賴于呼叫環(huán)境，精度為5-200米（從開闊天空到城市峽谷地帶）依賴于呼叫環(huán)境，精度為200米幾公里（從城市到農(nóng)村）全國漫游可以可以不可以占用網(wǎng)絡(luò)資源定位時(shí)占用實(shí)時(shí)占用定位時(shí)占用靈敏度極好，在高阻擋環(huán)境中也能可靠定位靈敏度較低，有阻檔時(shí)性能較差或無法工作很好終端功耗低連續(xù)跟蹤，功耗高低可靠性高不同的傳統(tǒng)模式可靠性有差異受環(huán)境限制連續(xù)定位間隔幾秒十幾秒1秒幾秒十幾秒GPSONE定位

14、系統(tǒng)組成Base Station Transmitter基站基站PDE定位實(shí)體定位實(shí)體BSC/MSC基站控制器基站控制器移動(dòng)交換中心移動(dòng)交換中心LCS Client位置業(yè)務(wù)客戶端位置業(yè)務(wù)客戶端Mobile Station移動(dòng)終端移動(dòng)終端IS-801-1 MessagesWARN MessagesGPS Data StreamWARN衛(wèi)星接收機(jī)衛(wèi)星接收機(jī)MPC移動(dòng)定位中心移動(dòng)定位中心GPS基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站 MPC：定位流程的控制管理中心用戶鑒權(quán)、發(fā)起定位會(huì)話、短信發(fā)送 PDE：位置計(jì)算中心根據(jù)輸入信息采用定位算法計(jì)算位置 LCS Clinet：位置業(yè)務(wù)客戶端數(shù)據(jù)預(yù)處理、用戶交互界面用戶數(shù)據(jù)庫用戶數(shù)據(jù)

15、庫PDE內(nèi)部計(jì)算流程PDE內(nèi)部的位置定位計(jì)算分兩步：初步定位初步定位(Pre fix)(Pre fix)1，手機(jī)通過測量將服務(wù)小區(qū)和相鄰小區(qū)的系統(tǒng)信息和前向?qū)ьl相位測量信息報(bào)告給位置確定服務(wù)器(PDE)2, PDE根據(jù)手機(jī)上報(bào)的信息確定手機(jī)的大致位置最終定位最終定位(Final Fix)(Final Fix)1， PDE根據(jù)手機(jī)提供的信息計(jì)算手機(jī)所需的GPS衛(wèi)星靈敏度輔助數(shù)據(jù)并提供給手機(jī)2，手機(jī)根據(jù)系統(tǒng)提供的輔助信息有目標(biāo)的進(jìn)行衛(wèi)星搜索和測量3， PDE根據(jù)手機(jī)的衛(wèi)星測量信息(PRM)和導(dǎo)頻相位測量信息(PPM) 進(jìn)行最終位置計(jì)算高通公司的定位算法高通公司的定位算法高通定位算法的牛X處就在于在

16、極限情況下，他可以根據(jù)1顆GPS衛(wèi)星信號和1個(gè)基站信號計(jì)算出較為精確的位置；如無衛(wèi)星信號，根據(jù)2個(gè)基站信號也可以算出較為精確位置；如僅1個(gè)基站信號，則是純Cell-Id定位了。上述算法屬于高通專利保護(hù)范疇，無相關(guān)說明材料調(diào)用GPSONE的方式1WAP方式調(diào)用GPSONE的方式1WAP方式1. MS通過WAP方式，并發(fā)送服務(wù)請求到LCS客戶端。 2. LCS客戶端通過WAP返回應(yīng)答，再次向MS確認(rèn)，同時(shí)向MPC發(fā)出定位請求 3. MPC向用戶數(shù)據(jù)庫發(fā)送鑒權(quán)信息，檢查發(fā)起定位的用戶及LCS客戶端是否被授權(quán)。用戶數(shù)據(jù)庫向MPC返回鑒權(quán)結(jié)果。 4. MPC使用GEOPOSREQ消息向PDE發(fā)送定位請求

17、，PDE向MPC發(fā)送中間geoposreq消息，證實(shí)它已準(zhǔn)備好接受來自MS的MO IS-801消息。 5. MPC向MS發(fā)送定位響應(yīng)StartPositioningProcessResponse，激活MS發(fā)起IS801會(huì)話。MPC須將PDE 的IP地址、端口號等告知MS。 6. PDE與MS之間進(jìn)行IS801消息交互，進(jìn)行MS位置的計(jì)算。PDE在最后一條IS801消息中返回真實(shí)的定位結(jié)果。 7. 定位過程完成后，PDE使用geoposreq發(fā)送定位結(jié)果至MPC，MPC存儲(chǔ)目標(biāo)用戶當(dāng)前位置信息。 8. MS再次通過WAP向LCS客戶端發(fā)出服務(wù)請求。 9. LCS客戶端從MPC獲得位置信息后通過W

18、AP返回服務(wù)信息給MS，為MS提供服務(wù)。 GPSONE調(diào)用方式2網(wǎng)絡(luò)方式L1LCSClientMPCPDEABCMSDMO IS-801 SessionEFGHIJT1Kgeoposreq (ack)User/CP DBL1 Location RequestAuthorization CheckT17L1 Location AnswergeoposreqStartPositioningProcessResponseGEOPOSREQStartPositioningProcessRequestReturn Authorization ResultMT SMS Positioning Reques

19、tT3GPSONE調(diào)用方式2網(wǎng)絡(luò)方式L11. LCS CLIENT通過L1接口向MPC發(fā)送定位請求 2 .MPC對LCS CLIENT和目標(biāo)MS鑒權(quán)，對CP和查詢發(fā)起者進(jìn)行授權(quán)檢查。用戶數(shù)據(jù)庫向MPC返回鑒權(quán)結(jié)果 3. MPC通過專用短信中心向目標(biāo)MS發(fā)送一個(gè)MT SMS（移動(dòng)臺(tái)終止短消息）Positioning Request定位請求 4. MS向MPC發(fā)送StartPositioningProcessRequest消息，同意定位 5. MPC使用GEOPOSREQ消息向定位實(shí)體發(fā)送定位請求，PDE向MPC返回一個(gè)geoposreq消息，證實(shí)它準(zhǔn)備接受來自MS的IS-801消息6. MPC向MS發(fā)送一個(gè)包含所用PDE地址和端口號的StartPositioningProcessResponse消息7. PDE與MS之間交互IS801消息。PDE在最后一條IS801消息中向MS發(fā)送真實(shí)的位置結(jié)果8.PDE使用geoposreq消息向移動(dòng)定位中心返回定位結(jié)果9. MPC通過