LBS中的定位技术

3.1 AGPS定位技术
3.1.1 A-GPS的基本原理
（2）位置服务器根据该终端的大概位置传输与该位 置相关的GPS辅助信息（GPS捕获辅助信息、GPS 定位辅助信息、GPS灵敏度辅助信息、GPS卫星工 作状况信息等）和移动终端位置计算的辅助信息 （GPS历书以及修正数据、GPS星历、GPS导航电 文等）。利用这些信息，终端的A-GPS模块可以很 快捕获卫星，以提升GPS信号的第一锁定时间TTFF 能力，并接收GPS原始信号。 （3）终端在接收到GPS原始信号后解调信号，计算 终端到卫星的伪距（伪距即受各种GPS误差影响的 距离）。
• 在传统的GPS接收机中，在捕获GPS信号阶 段，实际上要搜索所有可能的频率和代码 延迟空间，而由多普勒效应引起的频偏， 使GPS接收机要搜索的频率范围远不止一个 ，而是要搜索整个多普勒频偏的范围。为 了在短时间能完成搜索，搜索程序的步进 带宽不能很窄。用窄步进进行搜索，就意 味着需要许多步才能覆盖全部的频率范围 ，这样就耗费时间。但用宽步进进行搜索 ，灵敏度相对就差一些。
• 捕获二维搜索的流程图如图 所示。先固定载 波频率，检测最大积分值和对应的码相位； 与捕获门限做比较，如果积分结果大于门限 值则认为捕获成功，如果积分结果没有达到 门限值，则按照一定的步进值和变化方式调 整载波，重新进行码相位搜索。最终得到符 合条件的载波频率和码相位，完成 GPS 信号 捕获。
第三章 LBS中定位技术
1、AGPS定位技术 2、网络定位技术 3、WIFI定位 4、Zigbee定位 5、其他定位
3.1 AGPS定位技术
• A-GPS（Assisted Global Positioning System）即网络辅助的 全球定位系统，这种方法需要网络和移动终端都能够接收 GPS信息，是一种结合了网络基站信息和GPS信息对移动终 端进行定位的技术，可以在2G和3G网络中使用。此技术的 优势主要在其定位精度上，在室外等空旷地区，正常工作 环境下其精度可达5～10m，堪称目前定位精度最高的一 种定位技术。另一方面，利用网络传来的辅助信息可以增 强TTFF（Time To First Fix），其首次捕获GPS信号的时间大 大减小，一般仅需几秒，而不像GPS的首次捕获时间可能 需要2～3min。A-GPS定位响应时间为3～10s之间。
3.1 AGPS定位技术
3.1.2 A-GPS的网络结构 目前，基于无线网络的A-GPS技术中，可以采用两种 基本的网络拓扑结构：控制平面（Control Plane）和用户 平面（User Plane）。 （1）控制平面 控制平面方式中，移动定位中心（SMLC，Serving Mobile Location Centre）与无线基站的无线网络控制器（RNC， Radio Network Controllet）集成，GPS辅助信息通过信令的 方式来交互。移动定位网关（GMLC）位于无线网络的IP数 据网上，负责外部定位请求的接入。 由于通过信令接口在核心网络内部传输辅助数据，因 而该结构传输效率高且安全可靠，有利于位置服务的管理 和控制。其缺点是RNC需具有SMLC功能，会影响到核心网 络，实现和维护复杂，成本较高。
从图中可以看出，SUPL定位平台（SLP）由 SUPL定位中心（SLC）和SUPL位置中心（SPC）两 部分组成，SUPL定位平台和SUPL终端（SET）之间 的接口为LUP（Location User Plane），接口采用 OMA的ULP（User plane Location Protocol）协议。
3.1 AGPS定位技术
3.1.2 A-GPS的网络结构 安全用户层面定位SUPL定位方式使移动终端直接建立从终端到 移动定位网关（GMLC）的端到端对话，实现无线定位信息传 递，并通过Le接口实现与服务提供商的互通。SUPL的典型体系 结构如图所示
。
SUPL体系结构
3.1 AGPS定位技术
3.1.2 A-GPS的网络结构
3.1 AGPS定位技术
3.1.2 A-GPS的网络结构
（2）用户平面 用户平面方式利用现代无线网络的IP功能，通过IP 数据网和移动定位中心SMLC交互辅助信息，移动终 端的UE（User Equipment）直接通过相应的标准接口 实现定位信息从终端到移动定位网关（GMLC）的传 递。其相应的标准由开放式移动联盟（OMA）制定， 称为安全用户层面定位（SUPL）。这种方式的优点在 于可以独立于无线网络部署，无需无线接入网和核心 网中各节点的网络信令支持，无需对无线核心网络进 行改造，且与2G网络兼容，易实现，成本低，因而推 广迅速。
3.1 AGPS定位技术
3.1.3 SUPL A-GPS的网络通信过程
表：定位服务管理接口消息定义（代理模式） 消息名 消息描述
此消息由SLP用来向SET发起SUPL会话， 用于网络发起的SUPL通信，该消息可能 包含初始目的SET的通告、秘药认证说明、 MAC地址和密钥认证等 SUPL INIT SET用此消息来开始一个与SLP的SUPL会 话 SUPL 在SET发起的定位请求中，此消息作为 START SLP对SUPL START消息回复 SUPL END SLP或SET用此消息来结束一个SUPL会话 SUPL INIT
SLC有可能将位置ID翻译成用经/纬度数据描述的地理 位置，这种较粗的定位方式有可能已能满足SUPL代理所要求 的QoP（定位质量要求），在MNO环境中，这通常被称作 Cell-ID定位。
SUPL定位中心（SPC） SPC支持以下功能： • SUPL安全功能（SSF） • SUPL辅助数据递送功能（SADF） • SUPL参考位置取回功能（SRRF） • SUPL定位计算功能（SPCF）
对于一个不具任何有效定位数据的GPS终端来说，最重要的是要收齐四颗卫星分别的 星历及卫星时间数据，才能正确的计算定位。同步收齐四颗卫星一个完整星历数据的时 间，至少需要18秒，年历方面，由于每次更新的数据需用到25帧来传送更新的年历数 据，因此要完整的下载，需要用掉12.5分钟。
• A-GPS服务器主要的任务是提供GPS信号的 近似的多普勒频偏，A-GPS服务器有一个参 考的GPS接收机，能计算出卫星信号的多普 勒频偏，A-GPS服务器将多普勒频偏信息发 送给其他手持GPS接收机，这样手持GPS接 收机的搜索空间大大减少，只对很少的几 个频率区（Frequency bins）进行搜索，首 次定位时间（TTFF）也就可以减小到只有几 秒。而传统的GPS接收机要在整个频率范围 内进行搜索。
• 如何调整载波，每调整一次频率的间隔是 多少呢？C/A码的码速是1.023MHz
• 当输入信号与本地产生的合成信号超过一 周期时，两个信号就不相关。还和数据的 长度有关系（讲解）
在L1上所搭载的卫星信息以帧（Frame）为单位，每个帧下又分为五个子帧（SubFrame），它的内容包括星历（Ephemeris）数据、电离层参数及年历（Almanac）等， 请参考表一。其中星历为个别卫星本身的精确轨道位置，它每小时更新一次，每次更新 的有效性约四小时；年历则为所有卫星在轨道上的概略位置及其状况等，它每天更新一 次，有效时间可达数周。
3.1 AGPS定位技术
3.1.3 SUPL A-GPS的网络通信过程
（1）SUPL LUP接口定义 • LUP的功能从逻辑上可分为定位服务管理接口 和定位计算接口。其中，定位服务管理接口用来 在SLP和SET之间建立会话并执行SLC的功能，其消 息定义如表所示。定位计算接口在SET和SLP之间 传送位置计算信息，它执行SPC的功能，其消息定 义如下表所示：
GPS接收机的运行程序，第一步是搜寻卫星信号、再接收星历，接着才能定位与跟踪。如 果能预先取得卫星信息，或以更快的速度来下载星历，那就能加速定位的速度，下图所示
A-GPS缺陷 • 尽管AGPS拥有较传统GPS更好的性能，但其并没 有完全弥补传统GPS的缺陷。 • 1、室内定位的问题目前仍然无法圆满解决。虽然 AGPS在启动的时候能够接收到GPRS传来的辅助定 位信息，但是在室内无法接收到GPS卫星信号的情 况下，还是无法完成精确定位。 • 2、AGPS需要通过GPRS来接收辅助定位信息，这 样对于专业的车载导航仪来说，需要另外增加一 个GPRS模块，势必会增加制造成本，同时GPRS的 流量费也会增加用户的使用成本。 • 3、AGPS离不开移动运营商的支持。
SUPL定位平台（SLP）包含SUPL位置中心（SLC）和 SUPL定位中心（SPC），SLC和SPC有可能集成在一个系统中 。Lup接口用于SLP和SET间的通信，该接口上传递SUPL业务管 理和SUPL定位确定所需的消息，包括： • Lup业务管理消息：终止于SLP中的SLC功能。 • Lup定位确定消息：终止于SLP中的SPC功能。 SET和SLP间有两种通信模式： • 代理模式：该模式下SPC不直接和SET通信，SET和SPC间的 通信由SLC进行代理。 • 非代理模式：该模式下SPC将和SET直接通信。
• 此外，为了解决终端在室内以及在城市中被建筑物遮挡而 难以接收GPS信号的缺陷，一般A-GPS技术解决方案还考虑 了CELL-ID定位技术作为备用方案，这样就大大提升了AGPS的定位能力。
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• 为什么AGPS捕获GPS信号的时间大大减小？ 并且灵敏度大大提高？ • 先看看一般GPS的工作原理
• 多普勒效应指的是：当一个信号源与观察 者有相对运动时，观察者观察到的信号源 的频率会发生变化。当两者走近时观察到 的信号频率增大，而两者走远时观察到的 信号频率降低。由于GPS信号和地球的运动 造成地面观察到的GPS信号的频率大概有± 4.2KHz偏移，在GPS接收机中常取± 5KHz或 ± 6KHz。（如果GPS在高速运动物体上，多 普勒频移的最大值为±10KHz）
3.1 AGPS定位技术
3.1.1 A-GPS的基本原理
3.1 AGPS定位技术
3.1.1 A-GPS的基本原理 A-GPS定位过程如下图所示。整个方案以3G网络为传 输数据方式。辅助接收机实时地从卫星处获得参考数据 （时钟、星历表、可用星座、参考位置等），通过网络提 供给定位服务器。当移动终端需要定位数据时，定位服务 器通过无线网络给终端提供A-GPS辅助数据，以增强其 TTTF，从而大大提高A-GPS接收模块的灵敏度。
SLP中的SLC和SPC功能也可能被集成在不同的系统中， 此时SLC和SPC间应支持开放的Llp接口。
SUPL位置中心（SLC） SLC系统协调网络中的SUPL操作，在和SET通过用户平 面承载进行交互时执行下述功能： • SUPL隐私功能（SPF） • SUPL发起功能（SIF） • SUPL安全功能（SSF） • SUPL漫游支持功能（SRSF） • SUPL计费功能（SCF） • SUPL业务管理功能（SSMF） • SUPL定位计算功能（SPCF）
3.1 AGPS定位技术
3.1.1 A-GPS的基本原理
作为一种高精度的移动定位技术，A-GPS通 过移动终端和GPS辅助定位信息（由移动网络 提供）共同获取移动终端的位置信息，因而需 要在移动终端内增加A-GPS接收机模块（或者 外接A-GPS接收机），同时要在移动网络上加 建位置服务器等设备。 其定位流程如下： （1）移动终端首先将本身的基站地址通过 网络传输到位置服务器（COO定位）。 。
•
SUPL终端(SET) SET支持在SUPL中定义的与网络之间通过用户 平面承载的交互过程。SET支持以下一种或者多种 功能： • SUPL隐私功能 • SUPL安全功能 • SUPL SET预设功能
SET支持SET-based和/或SET-assisted定位计算。SET 还可能支持以下的功能： • SUPL定位计算功能 • 辅助数据递送功能
3.1 AGPS定位技术
3.1.1 A-GPS的基本原理
（4）若采用网络侧计算，终端将测量的GPS伪距信 息通过网络传输到位置服务器，位置服务器根据 传来的GPS伪距信息和来自其他定位设备（如差分 GPS基准站等）的辅助信息完成对GPS信息的计算， 并估算该终端的位置；若采用终端侧计算，终端 根据测量的GPS伪距信息和网络传来的其他定位设 备的辅助信息完成对GPS信息的计算，把估算的终 端位置信息传给定位服务器。 （5）位置服务器将该终端的位置通过网络传输 到应用平台。