第6章网络定位和发现技术

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1、第第 6 章章网络定位和发现技术网络定位和发现技术 学习任务学习任务 GPS GPS全球定位系统全球定位系统 蜂窝基站定位蜂窝基站定位 新兴定位系统（新兴定位系统（ AGPS AGPS ） Click to add title in here 123本章主要涉及：本章主要涉及：学习任务学习任务无线室内环境定位无线室内环境定位传感器网络节点定位技术传感器网络节点定位技术 传感器网络时间同步技术传感器网络时间同步技术Click to add title in here 456本章主要涉及：本章主要涉及：6.1 位置服务位置服务 位置服务（位置服务（LBS，Location Based Servic

2、es）又称定位服务，又称定位服务， LBS是由移动通信网络和卫星定位系统结合在是由移动通信网络和卫星定位系统结合在一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术获得移动终端的位置信息获得移动终端的位置信息(如经纬度坐标数据如经纬度坐标数据)，提供给移动用户本人或他人以及通信系统，实提供给移动用户本人或他人以及通信系统，实现各种与位置相关的业务。现各种与位置相关的业务。 实质上是一种概念较为宽泛的与空间位置有关实质上是一种概念较为宽泛的与空间位置有关的新型服务业务。的新型服务业务。6.1 位置服务位置服务 位置服务（位置服务（LBS，Location Based

3、 Services）又称）又称定位服务，定位服务，LBS是由移动通信网络和卫星定位系统结是由移动通信网络和卫星定位系统结合在一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术获合在一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术获得移动终端的位置信息得移动终端的位置信息(如经纬度坐标数据如经纬度坐标数据)，提供给移，提供给移动用户本人或他人以及通信系统，实现各种与位置相动用户本人或他人以及通信系统，实现各种与位置相关的业务。实质上是一种概念较为宽泛的与空间位置关的业务。实质上是一种概念较为宽泛的与空间位置有关的新型服务业务。有关的新型服务业务。 关于位置服务的定义有很多。关于位置服务的定义有很多。1994年，美

4、国学者年，美国学者Schilit首先提出了位置服务的三大目标：你在哪里首先提出了位置服务的三大目标：你在哪里(空空间信息间信息)、你和谁在一起、你和谁在一起(社会信息社会信息)、附近有什么资源、附近有什么资源(信息查询信息查询)。这也成为了。这也成为了LBS最基础的内容。最基础的内容。 6.1 位置服务位置服务对于位置定义有如下几种方法：对于位置定义有如下几种方法： 1) AOA(angle of arrival )指通过两个基站的指通过两个基站的交集来获取移动台交集来获取移动台(Mobile station)的位置；的位置； 2) TDOA(time difference of arriva

5、l)工作原来工作原来类似与类似与GPS。通过一个移动台和多个基站交互的。通过一个移动台和多个基站交互的时间差来定位；时间差来定位； 3) location signature位置标记。对每个位置位置标记。对每个位置区进行标识来获取位置；区进行标识来获取位置； 4) 卫星定位。卫星定位。6.1 位置服务位置服务 需要特别说明的是，位置信息不是单纯的需要特别说明的是，位置信息不是单纯的“位置位置”，而是包括：，而是包括： 地理位置（空间坐标）地理位置（空间坐标） 处在该位置的时刻（时间坐标）处在该位置的时刻（时间坐标） 处在该位置的对象（身份信息）处在该位置的对象（身份信息）6.2 GPS全球定位

6、系统全球定位系统GPS 是英文是英文Global Positioning System（全球定（全球定位系统）的简称。位系统）的简称。GPS是是20世纪世纪70年代由美国陆年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全全天候和全球性的导航服务天候和全球性的导航服务.经过经过20余年的研究实验，耗资余年的研究实验，耗资300亿美元，到亿美元，到1994年年3月，全球覆盖率高达月，全球覆盖率高达98%的的24颗颗GPS卫星星座卫星星座己布设完成。己布设完

7、成。6.2.1. GPS构成构成 GPS全球定位系统由空间部分、地面控制系统和用全球定位系统由空间部分、地面控制系统和用户设备部分三部分组成。户设备部分三部分组成。 空间部分空间部分 GPS的空间部分是由的空间部分是由24颗卫星组成颗卫星组成(21颗工作卫星，颗工作卫星，3颗备用卫星），它位于距地表颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空的上空,均均匀分布在匀分布在6 个轨道面上个轨道面上,轨道倾角为轨道倾角为55。 卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到测到4 颗以上的卫星颗以上的卫星,并能在卫星中预存的导航信息。并能在卫星中预存的

8、导航信息。 GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。导航精度会逐渐降低。 6.2.1. GPS构成构成 地面控制系统地面控制系统 地面控制系统由监测站地面控制系统由监测站、主控制站、地面天线、主控制站、地面天线所组成所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市。主控制站位于美国科罗拉多州春田市。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计并计算卫星星历、相对距离算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。大气校正等数据。 用户设备部分用户设备部分 用户设备部分即用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功信

9、号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。测卫星，并跟踪这些卫星的运行。6.2.1. GPS构成构成当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出解调出卫星轨道参数等数据。卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信

10、息。理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软数据的后处理软件包构成完整的件包构成完整的GPS 用户设备。用户设备。6.2.1. GPS构成构成GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。关机后，机内电池为电源。关机后，机内电池为RAM存储器供电，存储器供电，以防止数据丢失。以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。来越轻，便于野外

11、观测使用。6.2.2. GPS工作过程工作过程 GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。数据就可知道接收机的具体位置。 要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。记录的时间在卫星星历中查出。 而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气由于大气