小議無線電定位技術(shù)的進(jìn)展

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在衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，用戶接收機(jī)測得的接收機(jī)與衛(wèi)星間距離P與兩者幾何距離有以下關(guān)系（考慮到鐘誤差及電離層、對(duì)流層影響）：P+cVtR-cVtS+Vion+Vtrop=((X-XS)2+(Y-YS)2+(Z-ZS)2)1/2[1](1)式中，c=299792458m/s，為電磁波傳播速度，VtR、VtS分別為接收機(jī)、衛(wèi)星鐘誤差，Vion、Vtrop分別為電離層、對(duì)流層對(duì)P的影響。(X,Y,Z)為待求接收機(jī)坐標(biāo)，(XS,YS,ZS)為根據(jù)星歷得到的衛(wèi)星坐標(biāo)，式子右側(cè)為接收機(jī)與衛(wèi)星間幾何距離。其中，用戶接收機(jī)通過偽距測量或載波相位測量得到P；地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)GNSS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，通過分析、計(jì)算觀測資料預(yù)報(bào)衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘改正數(shù)VtS[1]，從而可以得到任意時(shí)刻衛(wèi)星在地面參考框架中的坐標(biāo)(XS,YS,ZS)；另外，使用模型擬合或觀測值組合對(duì)Vion、Vtrop等各種誤差進(jìn)行估計(jì)。從而對(duì)4顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測即可計(jì)算出接收機(jī)坐標(biāo)(X,Y,Z)和接收機(jī)鐘誤差VtR。

基于移動(dòng)通信網(wǎng)的定位

按照原理，基于移動(dòng)通信網(wǎng)的定位有到達(dá)角(AOA)定位、到達(dá)時(shí)間(AOT)定位、到達(dá)時(shí)間差(TDOA)定位、增強(qiáng)觀測時(shí)間差(E-TOD)定位四種方式[2]。根據(jù)請(qǐng)求方式，有以下兩種方式：用戶通過其接收到的多個(gè)位置確定的移動(dòng)基站發(fā)出的與基站位置相關(guān)的信號(hào)，確定其與各基站之間的幾何位置關(guān)系，再自主計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)的估計(jì)位置，比如基于GPS的混合定位技術(shù)GPSone；或者多個(gè)位置已知的基站同時(shí)檢測移動(dòng)用戶發(fā)射的信號(hào)，將各接收信號(hào)攜帶的與移動(dòng)用戶位置有關(guān)的特征信息提交移動(dòng)定位中心進(jìn)行處理，計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)位置，比如基于CELL-ID的定位技術(shù)。目前應(yīng)用較多的是A-GPS技術(shù)，即Assisted-GPS。GPS參考網(wǎng)接收并解調(diào)GPS衛(wèi)星信號(hào)，然后根據(jù)終端所處的大致位置計(jì)算相應(yīng)的GPS輔助參數(shù)，這些輔助參數(shù)通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給用戶終端，用戶終端利用GPS輔助參數(shù)能夠加快對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的捕獲速度并降低了對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度的要求，然后終端利用GPS輔助參數(shù)完成對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的偽距測量。利用基站的確切位置和偽距測量結(jié)果計(jì)算出最終的位置信息，其精度可以達(dá)到10m左右。A-GPS定位有著更快的定位速度以及更高的靈敏度，大大提升GPS的定位性能和使用范圍。GPSone是美國高通公司為LBS開發(fā)的定位技術(shù)，它將無線輔助A-GPS和高級(jí)前向鏈路AFLT三角定位法兩種定位技術(shù)有機(jī)結(jié)合。在很多情況下，移動(dòng)用戶不能夠捕獲足夠多的GPS衛(wèi)星，這時(shí)候，可以利用移動(dòng)用戶周邊的基站的信號(hào)補(bǔ)充衛(wèi)星的不足（A-GPS技術(shù)）。這樣在降低一定精度的條件下，提高可用性，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，確保定位成功率。

基于無線局域網(wǎng)（WLAN）的定位

隨著近幾年無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，目前，無線局域網(wǎng)(WLAN)廣泛分布于機(jī)場、校園、醫(yī)院、商業(yè)區(qū)、餐飲娛樂場所和住宅小區(qū)等各種場景。其中，基于接收信號(hào)強(qiáng)度的定位能充分利用現(xiàn)有覆蓋廣泛的無線局域網(wǎng)設(shè)施，便捷高效地將高質(zhì)量定位的應(yīng)用范圍延伸到密集城區(qū)和室內(nèi)，降低了部署成本。在基于信號(hào)強(qiáng)度的無線局域網(wǎng)定位中，在待定位空間中設(shè)置一定數(shù)量的AP(AccessPoint)，然后在選定的參考點(diǎn)上采集各個(gè)AP的無線信號(hào)強(qiáng)度。通過已知AP樣本點(diǎn)的位置信息和測得的各點(diǎn)上的無線信號(hào)強(qiáng)度對(duì)整個(gè)空間信號(hào)強(qiáng)度和位置信息的對(duì)應(yīng)情況進(jìn)行建模，然后在該模型中通過采集到的無線信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算出位置信息。

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的定位

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(WirelessSensorNetwork)是一種由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測、感知和采集節(jié)點(diǎn)附近對(duì)象的各種信息(如光強(qiáng)、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等參數(shù))。基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的定位技術(shù)可以分為兩種，一種是基于超聲波、紅外線等的測距定位技術(shù)，一種是基于DVHop定位算法的非測距定位技術(shù)?；跍y距的WSN定位要求視距環(huán)境，對(duì)環(huán)境依賴過大，人員的走動(dòng)和物品擺放位置變化都會(huì)給定位精度帶來很大的影響，不適用于復(fù)雜多變的室內(nèi)環(huán)境?；诜菧y距的DVHop定位算法不需要測距，算法實(shí)現(xiàn)簡單，相對(duì)于基于測距的WSN定位，精度大大提高，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。

基于射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)的定位

射頻識(shí)別RFID系統(tǒng)可以利用標(biāo)簽對(duì)物體進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，一套完整的RFID系統(tǒng)由讀寫器(Reader)、電子標(biāo)簽(TAG，也稱應(yīng)答器)和軟件系統(tǒng)組成。依據(jù)閱讀器與安裝在物體上的電子標(biāo)簽之間的射頻信號(hào)強(qiáng)度(RSS)、信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(TDOA)或者信號(hào)到達(dá)時(shí)間延遲(TOA)來估計(jì)標(biāo)簽與閱讀器之間的距離?；谏漕l識(shí)別(RFID)技術(shù)的定位中，安裝在室內(nèi)固定的位置上(如安裝在超市的天花板或者走廊墻壁上)的閱讀器位置已知，分布在室內(nèi)空間的這些閱讀器組成定位網(wǎng)絡(luò)，組成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的閱讀器可主動(dòng)讀取移動(dòng)目標(biāo)(電子標(biāo)簽)的信息和信號(hào)強(qiáng)度，從而確定移動(dòng)目標(biāo)的位置信息，或者移動(dòng)目標(biāo)主動(dòng)將其電子標(biāo)簽靠近傳感器獲得傳感器的位置信息，從而確定自己的位置信息。

LBS產(chǎn)品/服務(wù)中定位技術(shù)的發(fā)展方向

1多種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)協(xié)同

近年來，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用范圍逐漸從測繪、國土、地震、氣象等專業(yè)領(lǐng)域向公共交通管理、物流等領(lǐng)域以及汽車導(dǎo)航、智能手機(jī)、財(cái)產(chǎn)安全等大眾領(lǐng)域滲透。伴隨著俄羅斯GLONASS的現(xiàn)代化，歐洲Galileo系統(tǒng)、中國Compass系統(tǒng)正加速組網(wǎng)，未來將會(huì)是四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)同時(shí)向公眾提供服務(wù)。此外，QZSS、IRNSS等區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)以及WAAS、EGNOS、MSAS等增強(qiáng)系統(tǒng)也逐漸完善。因此，單純利用某一個(gè)定位系統(tǒng)進(jìn)行定位已不能滿足用戶對(duì)定位穩(wěn)定性、完好性、精度等方面的要求，綜合利用多個(gè)系統(tǒng)（全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、星基增強(qiáng)系統(tǒng)，以及各種網(wǎng)絡(luò)輔助定位服務(wù)等），進(jìn)行多頻點(diǎn)、高靈敏、抗干擾的穩(wěn)定組合定位是今后衛(wèi)星導(dǎo)航定位的方向。

2多種無線電定位方式融合

利用GNSS在戶外空曠地區(qū)進(jìn)行定位時(shí)，當(dāng)觀測條件較好時(shí)可獲得米級(jí)甚至更高的定位精度，能夠滿足一般LBS應(yīng)用的定位精度要求。然而，LBS產(chǎn)品/服務(wù)絕大多數(shù)是基于智能手機(jī)等大眾化的終端設(shè)備，而人們70%以上的活動(dòng)時(shí)間是在室內(nèi)，所以LBS產(chǎn)品/服務(wù)中最關(guān)鍵的是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外無縫定位。在室內(nèi)、街區(qū)等區(qū)域，GNSS信號(hào)嚴(yán)重衰減，加上建筑物結(jié)構(gòu)、玻璃墻等引起的嚴(yán)重的多路徑效應(yīng)，定位結(jié)果十分不理想[3]。因此，要擺脫定位精度對(duì)LBS發(fā)展的制約，室內(nèi)外無縫定位技術(shù)成為大勢所趨。目前，室內(nèi)外無縫定位技術(shù)主要靠在GNSS的基礎(chǔ)上，融合上文提到的基于移動(dòng)通信網(wǎng)的定位、基于無線局域網(wǎng)的定位、基于無線傳感器網(wǎng)的定位并在藍(lán)牙、射頻識(shí)別等技術(shù)的輔助下提高復(fù)雜環(huán)境定位精度和可靠性。（本文作者：周鵬、劉暉、韓麗華、肖雄兵 單位：中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)、武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心）