小议无线电定位技术的进展论文

小议无线电定位技术的进展论文

在卫星导航定位系统中，用户接收机测得的接收机与卫星间距离P与两者几何距离有以下关系（考虑到钟误差及电离层、对流层影响）：P+cVtR-cVtS+Vion+Vtrop=((X-XS)2+(Y-YS)2+(Z-ZS)2)1/2[1](1)式中，c=299792458m/s，为电磁波传播速度，VtR、VtS分别为接收机、卫星钟误差，Vion、Vtrop分别为电离层、对流层对P的影响。(X,Y,Z)为待求接收机坐标，(XS,YS,ZS)为根据星历得到的卫星坐标，式子右侧为接收机与卫星间几何距离。其中，用户接收机通过伪距测量或载波相位测量得到P；地面监控系统对GNSS卫星进行观测，通过分析、计算观测资料预报卫星轨道和卫星钟改正数VtS[1]，从而可以得到任意时刻卫星在地面参考框架中的坐标(XS,YS,ZS)；另外，使用模型拟合或观测值组合对Vion、Vtrop等各种误差进行估计。从而对4颗卫星进行观测即可计算出接收机坐标(X,Y,Z)和接收机钟误差VtR。

一、基于移动通信网的定位

按照原理，基于移动通信网的定位有到达角(AOA)定位、到达时间(AOT)定位、到达时间差(TDOA)定位、增强观测时间差(E-TOD)定位四种方式[2]。根据请求方式，有以下两种方式：用户通过其接收到的多个位置确定的移动基站发出的与基站位置相关的信号，确定其与各基站之间的几何位置关系，再自主计算出移动台的估计位置，比如基于GPS的混合定位技术GPSone；或者多个位置已知的基站同时检测移动用户发射的信号，将各接收信号携带的与移动用户位置有关的特征信息提交移动定位中心进行处理，计算出移动台位置，比如基于CELL-ID的定位技术。目前应用较多的是A-GPS技术，即Assisted-GPS。GPS参考网接收并解调GPS卫星信号，然后根据终端所处的大致位置计算相应的GPS辅助参数，这些辅助参数通过移动通信网络下发给用户终端，用户终端利用GPS辅助参数能够加快对GPS卫星信号的捕获速度并降低了对GPS卫星信号强度的要求，然后终端利用GPS辅助参数完成对GPS卫星信号的伪距测量。利用基站的确切位置和伪距测量结果计算出最终的位置信息，其精度可以达到10m左右。A-GPS定位有着更快的定位速度以及更高的灵敏度，大大提升GPS的定位性能和使用范围。GPSone是美国高通公司为LBS开发的定位技术，它将无线辅助A-GPS和高级前向链路AFLT三角定位法两种定位技术有机结合。在很多情况下，移动用户不能够捕获足够多的GPS卫星，这时候，可以利用移动用户周边的基站的信号补充卫星的不足（A-GPS技术）。这样在降低一定精度的条件下，提高可用性，实现室内定位，确保定位成功率。

二、基于无线局域网（WLAN）的定位

随着近几年无线通信技术的快速发展，目前，无线局域网(WLAN)广泛分布于机场、校园、医院、商业区、餐饮娱乐场所和住宅小区等各种场景。其中，基于接收信号强度的定位能充分利用现有覆盖广泛的无线局域网设施，便捷高效地将高质量定位的应用范围延伸到密集城区和室内，降低了部署成本。在基于信号强度的无线局域网定位中，在待定位空间中设置一定数量的AP(AccessPoint)，然后在选定的参考点上采集各个AP的无线信号强度。通过已知AP样本点的位置信息和测得的各点上的无线信号强度对整个空间信号强度和位置信息的对应情况进行建模，然后在该模型中通过采集到的无线信号强度计算出位置信息。

三、基于无线传感器网络（WSN）的定位

无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetwork)是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点附近对象的各种信息(如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等参数)。基于无线传感器网络(WSN)的定位技术可以分为两种，一种是基于超声波、红外线等的测距定位技术，一种是基于DVHop定位算法的非测距定位技术。基于测距的WSN定位要求视距环境，对环境依赖过大，人员的走动和物品摆放位置变化都会给定位精度带来很大的影响，不适用于复杂多变的室内环境。基于非测距的DVHop定位算法不需要测距，算法实现简单，相对于基于测距的WSN定位，精度大大提高，是当前的研究热点之一。

四、基于射频识别(RFID)技术的定位

射频识别RFID系统可以利用标签对物体进行唯一标识，一套完整的RFID系统由读写器(Reader)、电子标签(TAG，也称应答器)和软件系统组成。依据阅读器与安装在物体上的电子标签之间的射频信号强度(RSS)、信号到达时间差(TDOA)或者信号到达时间延迟(TOA)来估计标签与阅读器之间的距离。基于射频识别(RFID)技术的定位中，安装在室内固定的位置上(如安装在超市的天花板或者走廊墙壁上)的阅读器位置已知，分布在室内空间的这些阅读器组成定位网络，组成网络节点的阅读器可主动读取移动目标(电子标签)的信息和信号强度，从而确定移动目标的位置信息，或者移动目标主动将其电子标签靠近传感器获得传感器的`位置信息，从而确定自己的位置信息。

五、LBS产品/服务中定位技术的发展方向

1多种卫星导航定位系统协同

近年来，卫星导航定位系统的应用范围逐渐从测绘、国土、地震、气象等专业领域向公共交通管理、物流等领域以及汽车导航、智能手机、财产安全等大众领域渗透。伴随着俄罗斯GLONASS的现代化，欧洲Galileo系统、中国Compass系统正加速组网，未来将会是四大全球卫星导航定位系统同时向公众提供服务。此外，QZSS、IRNSS等区域导航卫星系统以及WAAS、EGNOS、MSAS等增强系统也逐渐完善。因此，单纯利用某一个定位系统进行定位已不能满足用户对定位稳定性、完好性、精度等方面的要求，综合利用多个系统（全球卫星导航定位系统、区域导航卫星系统、星基增强系统，以及各种网络辅助定位服务等），进行多频点、高灵敏、抗干扰的稳定组合定位是今后卫星导航定位的方向。

2多种无线电定位方式融合

利用GNSS在户外空旷地区进行定位时，当观测条件较好时可获得米级甚至更高的定位精度，能够满足一般LBS应用的定位精度要求。然而，LBS产品/服务绝大多数是基于智能手机等大众化的终端设备，而人们70%以上的活动时间是在室内，所以LBS产品/服务中最关键的是实现室内外无缝定位。在室内、街区等区域，GNSS信号严重衰减，加上建筑物结构、玻璃墙等引起的严重的多路径效应，定位结果十分不理想[3]。因此，要摆脱定位精度对LBS发展的制约，室内外无缝定位技术成为大势所趋。目前，室内外无缝定位技术主要靠在GNSS的基础上，融合上文提到的基于移动通信网的定位、基于无线局域网的定位、基于无线传感器网的定位并在蓝牙、射频识别等技术的辅助下提高复杂环境定位精度和可靠性。