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中國(guó)地震局地震研究所 楊博雄
摘 要
移動(dòng)定位是指通過(guò)移動(dòng)終端和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的配合來(lái)確定用戶的實(shí)際位置信息，并通過(guò)相關(guān)的短信及語(yǔ)音信號(hào)來(lái)完成一系列位置信息服務(wù)。獲取移動(dòng)定位信息的定位方法及技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文詳細(xì)介紹移動(dòng)定位的基本原理，并對(duì)移動(dòng)定位的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入的研究與探討。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)定位；移動(dòng)終端；GPS；GSM；LSB
前言
利用移動(dòng)終端（如手機(jī)、PDA等）進(jìn)行地理位置定位是近年來(lái)移動(dòng)通信應(yīng)用發(fā)展的新方向。移動(dòng)定位服務(wù)是利用移動(dòng)通信特有的定位功能，配合短消息等服務(wù)確定移動(dòng)終端用戶所在的地理位置(經(jīng)緯度坐標(biāo)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(guān)地理信息服務(wù)。如對(duì)當(dāng)時(shí)道路車站、酒店、銀行、商場(chǎng)等項(xiàng)目的位置進(jìn)行查詢。同時(shí)，可根據(jù)對(duì)所需對(duì)象的地點(diǎn)的條件選擇，可實(shí)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(shí)準(zhǔn)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(dòng)定位服務(wù)的廣泛應(yīng)用，用戶數(shù)量的不斷增多，人們對(duì)于位置信息的需求不斷擴(kuò)大，獲取移動(dòng)定位信息的定位技術(shù)及其定位系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。這些研究主要包括移動(dòng)定位的基本原理和方法、移動(dòng)定位的主要技術(shù)以及移動(dòng)定位的支撐平臺(tái)等方面。
移動(dòng)定位的基本原理
移動(dòng)定位的方法大致可以分為三種類型：基于三角關(guān)系和運(yùn)算的定位、基于場(chǎng)景分析的定位和基于臨近關(guān)系的定位。
1、基于三角關(guān)系和運(yùn)算的定位
這種定位方法根據(jù)測(cè)量得出的數(shù)據(jù)，利用幾何三角關(guān)系計(jì)算被測(cè)物體的位置，它是最主要的、也是應(yīng)用最為廣泛的一種定位技術(shù)�；谌顷P(guān)系的定位技術(shù)可以細(xì)分為兩種：基于距離測(cè)量的定位技術(shù)和基于角度測(cè)量的定位技術(shù)。
基于距離測(cè)量的定位
這種定位技術(shù)先要測(cè)量已知位置的參考點(diǎn)（Ａ，Ｂ，Ｃ三點(diǎn)）與被測(cè)物體（ＯＢＪＥＣＴ）之間的距離（Ｒａｄｉｕｓ１，Ｒａｄｉｕｓ２，Ｒａｄｉｕｓ３），然后利用三角知識(shí)計(jì)算被測(cè)物體的位置。一般來(lái)說(shuō)，如果要計(jì)算被測(cè)物體的平面位置（即二維位置），那么需要測(cè)量三個(gè)非線性的距離數(shù)據(jù)；同理，如果要計(jì)算被測(cè)物體的立體位置（即三維位置），那么需要測(cè)量四個(gè)非線性的距離數(shù)據(jù)。在具體的應(yīng)用環(huán)境下，需要測(cè)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(diǎn)總是位于被測(cè)物體之上，所以只需要測(cè)量三個(gè)距離數(shù)據(jù)就可以確定Ｂａｔ（被測(cè)物體）的三維位置。具體說(shuō)來(lái)，距離測(cè)量的方法有三種：
①直接測(cè)量方法
這種方法通過(guò)物理動(dòng)作和移動(dòng)來(lái)測(cè)量參考點(diǎn)與被測(cè)物體之間的距離。例如，機(jī)器人移動(dòng)自己的探針，直到觸到障礙物，并把探針移動(dòng)的距離作為自己與障礙物之間的一個(gè)距離參數(shù)。
②傳播時(shí)間測(cè)量方法
在已知傳播速度的情況下，無(wú)線電波傳播的距離與它傳播的時(shí)間成正比。這種測(cè)量方法需要注意的問(wèn)題有如下幾個(gè)：
·無(wú)線電波的傳播特性
因?yàn)闊o(wú)線電波在傳播的過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生反射，而測(cè)量端無(wú)法區(qū)分直接到達(dá)的無(wú)線電波和經(jīng)過(guò)反射到達(dá)的無(wú)線電波，所以容易造成測(cè)量的誤差。一般的解決方法是多測(cè)幾次，求出統(tǒng)計(jì)意義上的測(cè)量值。
·時(shí)鐘精度
因?yàn)闊o(wú)線電波的傳播速度很快，所以為了減小測(cè)量誤差必須使用高精度的時(shí)鐘。
·時(shí)鐘同步
參與同一個(gè)定位過(guò)程的參考點(diǎn)之間必須保證時(shí)鐘的同步，這樣才能保證測(cè)量結(jié)果的正確性和精度。如果由被測(cè)物體自己進(jìn)行測(cè)量，那么被測(cè)物體和參與同一個(gè)定位過(guò)程的參考點(diǎn)必須保證時(shí)鐘的同步；如果采用測(cè)量往返時(shí)間的方法，那么只要測(cè)量端保證足夠的時(shí)鐘精度即可。
③無(wú)線電波能量衰減測(cè)量方法
已知發(fā)射電波的強(qiáng)度，在接收方測(cè)量收到的電波強(qiáng)度，以此估計(jì)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(wú)線電波的衰減與１／ｒ２成正比（其中ｒ?yàn)閭鞑ゾ嚯x）。實(shí)際上，無(wú)線電波在空間傳播時(shí)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(guān)。具體說(shuō)來(lái)，在一個(gè)地形地物較為復(fù)雜的環(huán)境中，無(wú)線電波信號(hào)傳播時(shí)的衰減會(huì)受到反射、折射、多徑效應(yīng)等多種因素的影響，所以這種利用能量衰減測(cè)量距離的方法不如傳播時(shí)間測(cè)量方法精度高。
基于角度測(cè)量的定位
基于角度的定位方法與基于距離測(cè)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(cè)量的主要是角度，而后者測(cè)量的是距離。
一般來(lái)說(shuō)，如果要計(jì)算被測(cè)物體的平面位置（即二維位置），那么需要測(cè)量?jī)蓚�(gè)角度和一個(gè)距離（虛線表示）。同理，如果要計(jì)算被測(cè)物體的立體位置（即三維位置），那么需要測(cè)量三個(gè)角度和一個(gè)距離�；诮嵌葴y(cè)量的定位技術(shù)需要使用方向性天線，如智能天線陣列。
２、基于場(chǎng)景分析的定位
這種定位方法對(duì)定位的特定環(huán)境進(jìn)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(gè)位置，并用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)，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(shù)的核心是位置特征數(shù)據(jù)庫(kù)和匹配規(guī)則，它本質(zhì)上是一種模式識(shí)別方法。Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的ＲＡＤＡＲ３定位系統(tǒng)就是一個(gè)典型的基于場(chǎng)景分析的定位系統(tǒng)。
３、基于臨近關(guān)系的定位
基于臨近關(guān)系進(jìn)行定位的原理是：根據(jù)待定位物體與一個(gè)或多個(gè)已知位置的臨近關(guān)系來(lái)定位。這種定位方法通常需要標(biāo)識(shí)系統(tǒng)（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）的輔助，以唯一的標(biāo)識(shí)來(lái)確定已知的各個(gè)位置。
基于臨近關(guān)系定位技術(shù)的應(yīng)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(chǎng)
