第章定位系統(tǒng)

第4章定位系統(tǒng)內(nèi)容提要通過定位系統(tǒng)獲取位置信息是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的重要研究課題。本章將典型的定位系統(tǒng)和定位技術(shù)。第3章介紹了傳感器技術(shù)傳感器的設(shè)計(jì)需求（低成本與微型化，低功耗，靈活性與擴(kuò)展性，魯棒性）傳感器的軟硬件平臺(tái)本章介紹位置信息的概念，重點(diǎn)介紹典型的定位系統(tǒng)（衛(wèi)星定位，蜂窩基站定位，無線室內(nèi)環(huán)境定位，新興定位系統(tǒng)）以及三種常見的定位技術(shù)。內(nèi)容回顧4.1位置信息4.2定位系統(tǒng)4.3定位技術(shù)4.4物聯(lián)網(wǎng)對(duì)定位技術(shù)的新挑戰(zhàn)位置信息的三大要素是什么？本章內(nèi)容為什么需要定位？基于位置的服務(wù)自動(dòng)導(dǎo)航搜索周邊服務(wù)信息基于位置的社交網(wǎng)絡(luò)：Foursquare位置信息和我們的生活息息相關(guān)位置信息不是單純的“位置”地理位置（空間坐標(biāo)）處在該位置的時(shí)刻（時(shí)間坐標(biāo)）處在該位置的對(duì)象（身份信息）4.1位置信息4.2定位系統(tǒng)4.3定位技術(shù)4.4物聯(lián)網(wǎng)對(duì)定位技術(shù)的新挑戰(zhàn)典型的定位系統(tǒng)有哪些？各自有哪些特點(diǎn)？本章內(nèi)容現(xiàn)存主流定位系統(tǒng)衛(wèi)星定位：GPS蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)：A-GPS，網(wǎng)絡(luò)定位衛(wèi)星定位衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)各國(guó)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)美國(guó)：GPS俄羅斯：GLONASS歐盟：伽利略中國(guó)：北斗一號(hào)（區(qū)域）、北斗二號(hào)（全球）GPS是目前世界上最常用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS：發(fā)展簡(jiǎn)史衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)1973年，美國(guó)國(guó)防部開始GPS計(jì)劃1983年，里根承諾將來對(duì)民間開放使用1989年，正式開始發(fā)射GPS工作衛(wèi)星1994年，衛(wèi)星星座組網(wǎng)完成，投入使用2000年，克林頓下令取消軍用/民用信號(hào)的精度差別對(duì)待GPS：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)宇宙空間部分24顆工作衛(wèi)星地面監(jiān)控部分（全部在美國(guó)境內(nèi)）1個(gè)主控中心（另有1個(gè)備用）4個(gè)專用地面天線6個(gè)專用監(jiān)視站用戶設(shè)備部分GPS接收機(jī)GPS：定位原理衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)GPS：主要優(yōu)缺點(diǎn)衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)精度高全球覆蓋，可用于險(xiǎn)惡環(huán)境缺點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)室內(nèi)信號(hào)差需要GPS接收機(jī)GPS典型應(yīng)用：汽車導(dǎo)航衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)最初僅能提供位置和周邊地圖第二代汽車導(dǎo)航系統(tǒng)可根據(jù)目的地自動(dòng)計(jì)算“最短”路線互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，汽車導(dǎo)航可從交管部門取得路況咨詢，優(yōu)化路線，找出“最快”路線GPS典型應(yīng)用：汽車導(dǎo)航衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，感知更透徹綜合道路狀況，污染指數(shù)，天氣狀況，加油站的分布，駕駛員的身體狀況等各種因素找出“最佳”路線由“以路為本”轉(zhuǎn)變到“以人為本”蜂窩基站定位衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)GSM蜂窩網(wǎng)絡(luò)通訊區(qū)域被分割成蜂窩小區(qū)每個(gè)小區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)通訊基站通訊設(shè)備連接小區(qū)對(duì)應(yīng)基站進(jìn)行通訊利用基站位置已知的條件，可對(duì)通訊設(shè)備進(jìn)行定位單基形站定疾位法衛(wèi)星教定位蜂窩益基站濟(jì)定位無線舟室內(nèi)晶環(huán)境網(wǎng)定位新興哭定位低系統(tǒng)CO賺O定位帽（Ce醬ll刻o撲f陳Or碰ig寺in）將移詳動(dòng)設(shè)盈備所饑屬基推站的伙位置淘視為亞移動(dòng)掀設(shè)備米的位罪置精度段直接擴(kuò)取決語(yǔ)于基企站覆概蓋的養(yǎng)范圍基站慢分布桂疏松秒地區(qū)悔，一況個(gè)基蜂站覆砍蓋范堆圍半件徑可捐達(dá)數(shù)裳公里箏，誤行差巨歸大優(yōu)點(diǎn)仿：簡(jiǎn)券單、特快速寇，適險(xiǎn)用緊均急情呆況多基積站定供位法衛(wèi)星扔定位蜂窩革基站所定位無線努室內(nèi)飯環(huán)境音定位新興戀定位還系統(tǒng)To乘A/勺TD街oA定位嬸法需要貫三個(gè)那基站卸才能身定位稀疏殘地區(qū)幣可能澇只能嫌收到提兩個(gè)耕基站村的信芹號(hào)，旁不適勿用Ao取A定位悉法蜂窩銷基站極定位蔬：主雄要優(yōu)曲缺點(diǎn)衛(wèi)星岔定位蜂窩堅(jiān)基站趣定位無線們室內(nèi)屠環(huán)境品定位新興職定位貍系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)不需息要GP靠S接收短機(jī)，袍可通撞訊即持可定籍位啟動(dòng)塊速度業(yè)慢信號(hào)鉆穿透忌能力壩強(qiáng)，脫室內(nèi)梨亦可嬌接收烤到缺點(diǎn)定位梨精度營(yíng)相對(duì)戚較低基站梳需要撕有專朝門硬碌件，扇造價(jià)終昂貴典型悶應(yīng)用筋：緊櫻急電搬話定價(jià)位衛(wèi)星窩定位蜂窩澤基站午定位無線錄室內(nèi)塔環(huán)境隙定位新興閑定位在系統(tǒng)美國(guó)E-戚91康1系統(tǒng)撥打蚊報(bào)警伴電話誦時(shí)，漿根據(jù)?；救ㄎ欢愠鍪殖鯔C(jī)位棕置，店自動(dòng)亭接到泊最近雞警局綜合斤了各滔種定塌位系依統(tǒng)，媽包括To童A，TD術(shù)oA，Ao召A，RS王S，A-齊GP紋S使用窯時(shí)嘗仇試各夏種定胳位方稈法，圾擇優(yōu)禍而用無線沫室內(nèi)演環(huán)境俊定位衛(wèi)星揉定位蜂窩擁基站懼定位無線潛室內(nèi)別環(huán)境杯定位新興言定位逐系統(tǒng)室內(nèi)膨環(huán)境眾的復(fù)惱雜性多徑尸效應(yīng)原因廉：障政礙物廳反射府電磁招波，侮反射禍波和寇原始削波在呆接收貧端混唯疊室內(nèi)業(yè)障礙筑物眾饞多，崇多徑屈效應(yīng)盤明顯對(duì)電氣磁波爽的阻將礙作阻用長(zhǎng)波望信號(hào)做（GP爹S）傳召播能哲力強(qiáng)斜，穿業(yè)透能歪力弱室內(nèi)堪應(yīng)選禽用短添波信寧號(hào)來抵進(jìn)行憤定位無線歇室內(nèi)傾環(huán)境叢定位衛(wèi)星蝴定位蜂窩響基站咽定位無線偉室內(nèi)掃環(huán)境什定位新興什定位群系統(tǒng)需求主要把來自么企業(yè)督和個(gè)會(huì)人：侄難以術(shù)購(gòu)置To跪A，TD禮oA，Ao乏A等技斷術(shù)所愉需的青昂貴巖硬件RS索S定位鳳技術(shù)使用弊信號(hào)繭強(qiáng)度耽進(jìn)行陵定位利用盲已有傭的無娘線網(wǎng)肢絡(luò)（漸藍(lán)牙戰(zhàn)、Wi叮-F按i、Zi敘gB籍ee）紅外催線、篩超聲億波、禮藍(lán)牙忌、RF卸ID、超燃寬帶……RF開ID定位妄典型瓣應(yīng)用衛(wèi)星堂定位蜂窩吉基站抱定位無線倒室內(nèi)陡環(huán)境暫定位新興酷定位竹系統(tǒng)資產(chǎn)帝管理在設(shè)隊(duì)備上紛貼上RF算ID標(biāo)簽需要窄使用扇時(shí)通養(yǎng)過RF膛ID定位霉找到雁標(biāo)簽猶的位悶置，翻從而糾定位裂設(shè)備膏的位澡置結(jié)合溫感知巡壽技術(shù)她，還比可以釣監(jiān)控羽設(shè)備糾的狀題況是否羨空閑是否辜故障是否櫻老化新興悠定位遮系統(tǒng)衛(wèi)星誦定位蜂窩敏基站繩定位無線剪室內(nèi)削環(huán)境夫定位新興吳定位丙系統(tǒng)A-平GP羽SGP傍S定位梯和蜂秤窩基掘站定鮮位的霞結(jié)合紫體利用估基站元定位哪確定犁大致傍范圍連接槐網(wǎng)絡(luò)束查詢頁(yè)當(dāng)前椒位置辰可見五衛(wèi)星大大脫縮短楊搜索駛衛(wèi)星懲的時(shí)乳間新興驅(qū)定位速系統(tǒng)鴉（續(xù)帶）衛(wèi)星憤定位蜂窩幫基站私定位無線糖室內(nèi)局環(huán)境璃定位新興古定位提系統(tǒng)無線AP定位利用傘可見Wi握-F獲i接入膛點(diǎn)來刪定位在大孕城市殖中，捕無線AP數(shù)目賣多，氣定位令非?；_在iP撐ho澇ne中成陪熟應(yīng)痰用網(wǎng)絡(luò)復(fù)定位用于疑無線例傳感花網(wǎng)、才自組琴織網(wǎng)產(chǎn)絡(luò)通過佳少量桌位置恩已知借節(jié)點(diǎn)府，定即位出椒全網(wǎng)占絡(luò)節(jié)阻點(diǎn)的覺位置4.閑1位置哨信息4.疲2定位喬系統(tǒng)4.譜3定位燈技術(shù)4.蘇4物聯(lián)階網(wǎng)對(duì)與定位斜技術(shù)來的新焦挑戰(zhàn)除了致距離耗，哪煩些空膀間信吃息還上可用困于定釀位技孩術(shù)？本章截內(nèi)容4.究3定位滅技術(shù)定位戲技術(shù)謎的關(guān)目鍵：有一蘆個(gè)或厭多個(gè)野已知耍坐標(biāo)允的參累考點(diǎn)得到愧待定摘物體忽與已桿知參倚考點(diǎn)句的空守間關(guān)鹿系定位央技術(shù)嶼的兩補(bǔ)個(gè)步址驟：努測(cè)量岡物理隙量→藝根據(jù)齒物理昏量確搶定目表標(biāo)位豆置常見撐定位醬技術(shù)閥：基于退距離恒的定蘋位（To截A）基于旋距離領(lǐng)差的河定位弱（TD修oA）基于認(rèn)信號(hào)跨特征灘的定造位（RS戰(zhàn)S）基于冷距離持的定延位（To惑A）基于街距離基于認(rèn)距離極差基于蘆信號(hào)調(diào)特征距離乳測(cè)量母方法距離d洋=波速v柴*傳播窮時(shí)間Δt傳播括時(shí)間Δt刪=收到竿時(shí)刻t孩–發(fā)出直時(shí)刻t0問題名：接算受端昨如何安得知t0？基于謹(jǐn)距離軍的定支位（To凈A）基于灶距離基于圓距離映差基于掩信號(hào)懶特征方法1：利用波速差發(fā)送端同時(shí)發(fā)送一道電磁波和聲波接收端記錄：電磁波到達(dá)時(shí)刻聲波到達(dá)時(shí)刻距離由于遠(yuǎn)大于，上式可簡(jiǎn)化為基于乘距離口的定惑位（To服A）基于姻距離基于荷距離倦差基于屠信號(hào)膝特征方法2：測(cè)量波的往返時(shí)間發(fā)送端于時(shí)刻發(fā)送波接收端收到波后，等待時(shí)間后返回同樣的波發(fā)送端記錄收到回復(fù)的時(shí)間距離基于碼距離帽的定姥位（To怖A）基于誕距離基于挎距離村差基于輪信號(hào)暢特征位置遼計(jì)算諒方法多邊甲測(cè)量（也眨稱多魂點(diǎn)測(cè)咳量）平面把上定槽位，我取三絕個(gè)參形考點(diǎn)以每榨個(gè)參作考點(diǎn)湯為圓交心，井到該乖參考慰點(diǎn)的鹿距離屠為半看徑畫訴圓，黑目標(biāo)迎必在誼圓上平面援上三楊個(gè)圓盡交于辰一點(diǎn)實(shí)際武中取派用超謝過三劍個(gè)參斧考點(diǎn)唐，用最小雕二乘妨法減少霧誤差基于韻距離驗(yàn)差的扯定位么（TD香oA）基于茂距離基于刻距離糧差基于夸信號(hào)圍特征To鞠A的局湊限需要跪參考跳點(diǎn)和野測(cè)量挨目標(biāo)框時(shí)鐘般同步TD照oA不需剖要參它考點(diǎn)傳和測(cè)膨量目研標(biāo)時(shí)蓋鐘同歸步參考套點(diǎn)之詠間仍胖然需墨要時(shí)侵鐘同富步基于省距離象差的烘定位要（TD發(fā)oA）基于墊距離基于守距離撐差基于碰信號(hào)僵特征距離撫差測(cè)熱距方詠法測(cè)量絨目標(biāo)抹廣播很信號(hào)參考皂點(diǎn)i，j分別久記錄粱信號(hào)辱接收蜓到的遍時(shí)刻ti，tj測(cè)量違目標(biāo)愈到i，j的距硬離差基于坡距離肆差的預(yù)定位碰（TD繪oA）基于珠距離基于懼距離眨差基于曠信號(hào)融特征位置胖計(jì)算賭方法至少捐兩組確數(shù)據(jù)霧聯(lián)立峽方程構(gòu)求解實(shí)際棋采用繩多組類數(shù)據(jù)洽最小籠二乘將法求梳解每次全測(cè)量郵結(jié)果參考公點(diǎn)坐亂標(biāo)到參歉考點(diǎn)遭的距望離構(gòu)建脫方程希：基于岸信號(hào)刃特征躁的定喘位基于毀距離基于卷距離澇差基于靈信號(hào)匪特征To冊(cè)A和TD臟oA都需裳要接嗽收端艦特殊境裝置基于宇信號(hào)版特征獵的定種位直熔接利握用無茂線通跳信的釀射頻真信號(hào)祥定位屯，不需拐要額久外設(shè)呢備原理富：信應(yīng)號(hào)強(qiáng)遺度隨扶傳播厲距離系衰減問題雞：理奔想公絨式實(shí)通際難供以應(yīng)薄用基于距信號(hào)駁特征禿的定介位基于洽距離基于需距離并差基于珍信號(hào)申特征解決袍方法紋：將信昏號(hào)強(qiáng)薪度看晃做“葵特征叛”預(yù)先貢布置N個(gè)參舍考節(jié)持點(diǎn)測(cè)出N個(gè)參犧考節(jié)口點(diǎn)信賺號(hào)的奸強(qiáng)度劍，得立到一僻個(gè)N維向享量事先顧測(cè)出測(cè)區(qū)域錯(cuò)中每悼個(gè)位當(dāng)置的枯特征步向量將目掀標(biāo)測(cè)濟(jì)出的陣特征裙向量裕和事陸先測(cè)涉量值斬比對(duì)賭，找補(bǔ)出位堅(jiān)置缺點(diǎn)習(xí)：不能葛應(yīng)對(duì)窗動(dòng)態(tài)凈變化基于移信號(hào)瓶特征蘭的定貸位基于輸距離基于灰距離螺差基于坊信號(hào)窮特征LA搞ND妄MA缺RC：基于殼信號(hào)臉特征急的動(dòng)態(tài)攏定位方法除了奴信號(hào)聞發(fā)送紫源，邁再布蝦置一阿系列RF耍ID標(biāo)簽吵作為萌參考封標(biāo)志每個(gè)頑標(biāo)志鳴隨時(shí)呀記錄繁自己門收到厭的RS央S信號(hào)惠強(qiáng)度概特征狂向量將目洪標(biāo)測(cè)自得的胃信號(hào)證特征晚向量腎與參鳳考標(biāo)死志此延時(shí)的枕特征監(jiān)向量毅進(jìn)行球比對(duì)鼻，確淡定位捐置，秩誤差掌在1m范圍破以內(nèi)4.很1位置過信息4.釋2定位亡系統(tǒng)4.應(yīng)3定位涂技術(shù)4.轟4物聯(lián)耽網(wǎng)對(duì)汽定位海技術(shù)弟的新極挑戰(zhàn)物聯(lián)露網(wǎng)背險(xiǎn)景對(duì)丹定位您技術(shù)那有哪墻些新橫的需食求？本章釣內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)預(yù)異構(gòu)接入側(cè)物聯(lián)棄網(wǎng)的騎設(shè)備牽五花嘉八門連接壺起來跪的網(wǎng)案絡(luò)各底自不童同→如登何讓設(shè)不同權(quán)的設(shè)鏈備在兼不同亞的網(wǎng)松絡(luò)下肚準(zhǔn)確妹定位環(huán)境火多變室外vs雪.室內(nèi)空曠獄地帶vs虛.障礙筆物眾城多靜止部設(shè)備vs須.頻繁默運(yùn)動(dòng)4.厭4物聯(lián)壞網(wǎng)下慢定位港技術(shù)插的新想挑戰(zhàn)信息克安全公與隱慚私保壟護(hù)位置悼信息覽內(nèi)涵比豐富糧且隱鄰私息帖息相啟關(guān)高精卷度位捧置信紛息泄俘露的脆后果宵嚴(yán)重→如爺何既楊保證度信息廳精度意，又芳保護(hù)魂個(gè)人夢(mèng)隱私大規(guī)政模應(yīng)羽用物聯(lián)照網(wǎng)時(shí)遠(yuǎn)代，錄接入渣網(wǎng)絡(luò)敘的設(shè)蕩備將柱超過50抖0億臺(tái)→如蜜