移動定位的基本原理及技術研究(上)

廣州金鵬集團有限公司 唐毅

中國地震局地震研究所 楊博雄


摘 要



　　移動定位是指通過移動終端和移動網(wǎng)絡的配合來確定用戶的實際位置信息，并通過相關的短信及語音信號來完成一系列位置信息服務。獲取移動定位信息的定位方法及技術已經(jīng)成為當前的研究熱點。本文詳細介紹移動定位的基本原理，并對移動定位的相關技術進行深入的研究與探討。



　　關鍵詞：移動定位；移動終端；GPS；GSM；LSB



前言



　　利用移動終端（如手機、PDA等）進行地理位置定位是近年來移動通信應用發(fā)展的新方向。移動定位服務是利用移動通信特有的定位功能，配合短消息等服務確定移動終端用戶所在的地理位置(經(jīng)緯度坐標數(shù)據(jù))，從而提供用戶所需的位置信息，并可根據(jù)用戶的位置提供相關地理信息服務。如對當時道路車站、酒店、銀行、商場等項目的位置進行查詢。同時，可根據(jù)對所需對象的地點的條件選擇，可實現(xiàn)從現(xiàn)有位置到目的地之間的最佳自駕路線及公交換乘方案。這給出門人及時準確把握方位，提高辦事效率起到良好的向?qū)ё饔谩?br />


　　隨著移動定位服務的廣泛應用，用戶數(shù)量的不斷增多，人們對于位置信息的需求不斷擴大，獲取移動定位信息的定位技術及其定位系統(tǒng)已經(jīng)成為當前的研究熱點。這些研究主要包括移動定位的基本原理和方法、移動定位的主要技術以及移動定位的支撐平臺等方面。



移動定位的基本原理



　　移動定位的方法大致可以分為三種類型：基于三角關系和運算的定位、基于場景分析的定位和基于臨近關系的定位。



1、基于三角關系和運算的定位



　　這種定位方法根據(jù)測量得出的數(shù)據(jù)，利用幾何三角關系計算被測物體的位置，它是最主要的、也是應用最為廣泛的一種定位技術�；�于三角關系的定位技術可以細分為兩種：基于距離測量的定位技術和基于角度測量的定位技術。




基于距離測量的定位



　　這種定位技術先要測量已知位置的參考點（Ａ，Ｂ，Ｃ三點）與被測物體（ＯＢＪＥＣＴ）之間的距離（Ｒａｄｉｕｓ１，Ｒａｄｉｕｓ２，Ｒａｄｉｕｓ３），然后利用三角知識計算被測物體的位置。一般來說，如果要計算被測物體的平面位置（即二維位置），那么需要測量三個非線性的距離數(shù)據(jù)；同理，如果要計算被測物體的立體位置（即三維位置），那么需要測量四個非線性的距離數(shù)據(jù)。在具體的應用環(huán)境下，需要測量的距離數(shù)據(jù)數(shù)目可能要少一些。例如，在Ａｃｔｉｖｅ Ｂａｔ ２定位系統(tǒng)中，參考點總是位于被測物體之上，所以只需要測量三個距離數(shù)據(jù)就可以確定Ｂａｔ（被測物體）的三維位置。具體說來，距離測量的方法有三種：



①直接測量方法



　　這種方法通過物理動作和移動來測量參考點與被測物體之間的距離。例如，機器人移動自己的探針，直到觸到障礙物，并把探針移動的距離作為自己與障礙物之間的一個距離參數(shù)。



②傳播時間測量方法



　　在已知傳播速度的情況下，無線電波傳播的距離與它傳播的時間成正比。這種測量方法需要注意的問題有如下幾個：



·無線電波的傳播特性


　　因為無線電波在傳播的過程中可能會發(fā)生反射，而測量端無法區(qū)分直接到達的無線電波和經(jīng)過反射到達的無線電波，所以容易造成測量的誤差。一般的解決方法是多測幾次，求出統(tǒng)計意義上的測量值。



·時鐘精度


　　因為無線電波的傳播速度很快，所以為了減小測量誤差必須使用高精度的時鐘。



·時鐘同步


　　參與同一個定位過程的參考點之間必須保證時鐘的同步，這樣才能保證測量結(jié)果的正確性和精度。如果由被測物體自己進行測量，那么被測物體和參與同一個定位過程的參考點必須保證時鐘的同步；如果采用測量往返時間的方法，那么只要測量端保證足夠的時鐘精度即可。



③無線電波能量衰減測量方法



　　已知發(fā)射電波的強度，在接收方測量收到的電波強度，以此估計出發(fā)射電波物體距離接收方之間的距離。例如，在理想的傳播環(huán)境下，無線電波的衰減與１／ｒ２成正比（其中ｒ為傳播距離）。實際上，無線電波在空間傳播時能量的衰減是多種因素共同作用的結(jié)果，而不單單與傳播距離有關。具體說來，在一個地形地物較為復雜的環(huán)境中，無線電波信號傳播時的衰減會受到反射、折射、多徑效應等多種因素的影響，所以這種利用能量衰減測量距離的方法不如傳播時間測量方法精度高。



基于角度測量的定位



　　基于角度的定位方法與基于距離測量的定位方法在原理上是相似的，兩者主要的不同在于前者測量的主要是角度，而后者測量的是距離。



一般來說，如果要計算被測物體的平面位置（即二維位置），那么需要測量兩個角度和一個距離（虛線表示）。同理，如果要計算被測物體的立體位置（即三維位置），那么需要測量三個角度和一個距離。基于角度測量的定位技術需要使用方向性天線，如智能天線陣列。



２、基于場景分析的定位



　　這種定位方法對定位的特定環(huán)境進行抽象和形式化，用一些具體的、量化的參數(shù)描述定位環(huán)境中的各個位置，并用一個數(shù)據(jù)庫把這些信息集成在一起。觀察者根據(jù)待定位物體所在位置的特征查詢數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)特定的匹配規(guī)則確定物體的位置。



　　由此可以看出，這種定位技術的核心是位置特征數(shù)據(jù)庫和匹配規(guī)則，它本質(zhì)上是一種模式識別方法。Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的ＲＡＤＡＲ�煟长牰ㄎ幌到y(tǒng)就是一個典型的基于場景分析的定位系統(tǒng)。


３、基于臨近關系的定位



　　基于臨近關系進行定位的原理是：根據(jù)待定位物體與一個或多個已知位置的臨近關系來定位。這種定位方法通常需要標識系統(tǒng)（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）的輔助，以唯一的標識來確定已知的各個位置。
　　基于臨近關系定位技術的應用非常廣泛，除了ＣｅｌｌＩＤ以外，其他的例子還有Ａｃｔｉｖｅ Ｂａｄｇｅ Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ４、Ｘｅｒｏｘ ＰａｒｃＴＡＢ Ｓｙｓｔｅｍ ５、Ｃａｒｎｅｇｉｅ Ｍｅｌｌｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｎｄｒｅｗ等。 （未完待續(xù)）



摘自　通信市場