第6章 物联网定位技术.

（2）GPS的定位原理 GPS定位的基本原理是根据高速运动的 卫星瞬间位置作为已知的起算数据，利 用GPS接收器测量出的到卫星的距离， 来计算待测点的位置。如图2所示，假设 在t时刻在待测点位置上观测到4个卫星， 并测出信号从该观测点到4个卫星的传播 时间，便可以列出对应的4个方程来求得 观测点的位置。
6.3 卫星导航系统
美国的GPS(Global Positioning System)全球定位系统。
欧洲的伽利略定位系统。
俄罗斯的GLONASS定பைடு நூலகம்系统。 中国的北斗定位系统。
一、GPS全球定位系统简介
GPS是美国国防部主要为满足军事需要 而建立的新一代卫星导航与定位系统，
它具有在海、陆、空进行全方位实时三
或者其他信息采集工具从物理世界当中
获取各种各样的信息，并将这些信息通
过网络传送到用户或者服务器端进行处
理以为用户提供各种各样的服务。
一、定位的概念
物联网中用于获取物体位置的技术统称为 定位技术。
物联网中的所谓“物体”的概念非常
广泛：它既可以指人，也可以指设备。
二、定位技术发展简史
早期的航海活动中主要是通过沿着海岸线建 造在航道的关键部位建造灯塔来对船只进行 导航。这些定位技术的精度非常差，并且覆 盖范围不广。 无线电技术出现以后，人们可以进行更大范 围的和更加精确的定位。最早的基于无线电 技术的定位系统是罗兰远程导航系统，建立 于20世纪40年代，其最初的目的是用于海军 中的中程无线电导航。
无线传感器网络中的定位算法一般利用 一些已知自身位置的节点（称为锚节点） 来辅助一般节点进行定位。算法设计的目 标除了达到较高的精度外，还注重降低开 销，包括通信开销和计算开销，并且将尽 量减少对硬件的要求。
6.2 定位技术在物联网中的应
在军事领域的应用 灾难救援 在智能交通中的应用 在智能物流中的应用 基于位置的服务
注入站同时也是监测站，另外还有位于夏 威夷和卡纳维拉尔角2处监测站，故监测 站目前有6个。监测站的主要作用是采集 GPS卫星数据和当地的环境数据，然后发 送给主控站。 用户设备部分用户设备主要是GPS接收机， 它是一种特制的无线电接收机，主要作用 是从GPS卫星收到信号并利用传来的信息 计算用户的三维位置及时间。用户设备部 分的主要设备是GPS 接收机。
维导航与定位的能力。
（1）GPS的组成 GPS系统主要由空间星座部分、地面监控 部分和用户设备部分组成。GPS 系统的 星座部分主要由24 颗卫星构成，其中21 颗为工作卫星，另外3 颗为备用卫星，用 于在必要时根据指令替代发生故障的卫 星。这24颗卫星均匀分布在6 个轨道平面 内，每个轨道面包含4颗卫星。
卫星轨道为椭圆形，平均高度约 20200km，运行周期大约11小时58分钟。 对地面观测者来说，每天见到的卫星 几何分布相同，但是每天见到同一卫 星的时间大概要提前4分钟。在地球任 意一点上，用户能够观察到的卫星颗 数随着时间和地点的不同而有所不同， 最少可见到4 颗，最多时可见到11 颗。
GPS 的地面监控部分主要由分布全球的6 个地面站构成，其中包括卫星监测站、主 控站、备用主控站和信息注入站。主控站 位于美国科罗拉多州的谢里佛尔空军基地， 是整个地面监控系统的管理中心和技术中 心。另外还有一个位于马里兰州盖茨堡的 备用主控站，在发生紧急情况时启用。注 入站目前有4个，其作用是把主控站计算 得到的卫星星历、导航电文等信息注入到 相应的卫星。
随着蜂窝移动通信技术的快速发展， 手机用户极大增加。这类定位系统一 般通过是通过测量手机和基站之间的 信号强度、距离或者到达角度，利用 基站的位置来计算手机用户的位置。 移动手机用户一般称作移动台，通过 基站的辅助来定位。
室内的无线定位系统一般利用RFID 标签来进行。利用RFID标签的定位系 统可以分为定位标签的和定位RFID读 写器的两种。这类定位系统所采用的 模型可以分为两大类：基于模式匹配 的和基于模型匹配的。
在军事领域的应用
无线自组织网络在军事行动中的应用利用定位技术，指 挥官可以快速的了解单兵的位置信息并发布相应的命令。
灾难救援
北斗通信系统在汶川抗震救灾中的应用
定位技术在智能交通中的应用
智能交通系统示意图。车辆之间可以进行相互通信；车 辆与于路边节点之间也可以进行通信，组成车载网络。 定位技术在智能交通系统中发挥着重要作用。
GPS中利用信号在卫星和接收机之间的 往返时间来计算距离的。在某一时刻， 卫星发送一长串称为伪随机码的数字序 列，而同时接收机也在同一时刻产生相 同的数字序列。当卫星信号到达接收机 时，由于传输的延迟，从卫星信号接收 到的数字序列会比接收机产生的信号的 时间滞后。时间延迟的长度就是信号传 送的时间。接收机将这一时间乘以光速 就可以计算出信号传送的距离。假设信 号是以直线传送的，则这一结果即为接 收机到卫星的距离。
罗兰系统的示意图
A和B是一对基站，同时发送信号。用户根据收到信号的时间差来确定自己的位 置是在哪个双曲线上。图中不同的双曲线对应于不同的时间差。
随着人造卫星技术的发展，人 们开始利用人造卫星来构建更精 确，覆盖范围更广的定位/导航系 统。地球同步轨道卫星可以以相 对地球静止的方式在太空轨道中 运行，这就提供了一种方式来为 定位系统提供固定的参考点。
定位技术在智能物流中的应用
典型智能物流系统示意图。在堆场管理，集装箱管理， 实时追踪，智能仓储以及货物配送环节，都需要定位技 术的支持。
基于位置的服务
基于位置的服务(Location Based Service，LBS是在获取移动终端用户 的位置信息的基础上，在地理信息系 统 (Geographic Information System， GIS)平台的支持下为用户提供相应服 务的一种增值业务。随着智能手机的 普及和智能手机上定位功能的普及， 基于位置的服务吸引了越来越多的关 注。
6.1 定位的概念与技术发展
6.3 卫星导航系统 6.4 蜂窝系统定位技术
6.2 定位技术在物联网中的应
6.5 RFID定位技术
6.6 无线传感网定位技术
6.7 定位技术的发展前景
6.1 定位的概念与发展历史
在很多物联网的应用中，物体（或者称
对象）的“位置”信息有着重要的意义。 在物联网中，人们使用RFID、传感器