物联网定位技术

2. 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。 3. 随着蜂窝移动通信技术的快速发展，手机用户极大增加。 定位业务即是通信运营商所必需提供的一种重要的数据 业务。
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定位的概念与发展历史
罗兰系统：最早的基于无线电技术的定位系统是罗兰
工程，车辆。船舶导航等多种应用中。
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卫星导航系统
北斗卫星导航系统简介
北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是我国正在实施的自主发展、独立运行 的全球卫星导航系统。其建设目标是建成独立自主、开放兼
容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的卫星导航系统，促进
物联网定位技术
定位的概念与发展历史 定位技术在物联网中的应用 卫星导航系统 蜂窝系统定位技术 RFID定位技术 无线传感网定位技术
定位技术的发展前景
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定位的概念与发展历史
定位的概念：我们把物联网中用于获取物体位置的
技术统称为定位技术。
物联网中的定位技术也是一个很广泛的概念，它既包括大 型的提供全球定位 /导航服务的卫星定位系统如美国的 GPS百度文库
体化发展。物流系统中重要的两个部分是货物配送和仓储 管理，而定位技术在这两个部分中都发挥着重要的作用。 在货物配送系统中，我们需要知道当前货物所在的位置和 目的地来智能的确定最优的配送路线。并且，用户有时候
希望能够实时对所配送的货物已到达的位置进行追踪。
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定位技术在物联网中的应用
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卫星导航系统
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，并测出信号从该观测点到 4个卫星的传播时 间，便利用GPS接收器测量出的到卫星的距离，来计算待测 点的位置。如图所示，假设在t时刻在待测点位置上观测到4
个卫星，可以列出对应的4个方程来求得观测点的位置。
Ranging/Global Positioning System），简称全球定位系统
（GPS）。
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卫星导航系统
GPS全球定位系统简介
到1994年GPS基本建成，目前已成为使用最广泛，定位性能 最好的一个全球卫星定位系统。
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卫星导航系统
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卫星导航系统
GPS的主要特点
1. 能够全球、 全天候工作。能够覆盖全球98%的面积。 2. 定位精度高。单机定位精度优于10m，采用差分定位，精 度可达厘米级和毫米级。 3. 操作简便，应用广泛。只需要一台GPS接收机即可准确确
定用户所在的位置。已经广泛的应用于军事工程，道路
远程导航系统（LORAN, LOng RAnge Navigation），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。
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定位的概念与发展历史
如图，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。
我国周围附近地区。在第一代北斗卫星导航试验系统的基础上， 我国正在建设第二代可以提供全球定位和导航功能的北斗二号
系统。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备
覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力； 2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
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卫星导航系统
GPS的定位原理：
GPS定位可分为单点定位和相对定位（或称差分定位）。
单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位 置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略 导航定位。利用单独的GPS接收机定位的精度为30米左右。
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卫星导航系统
GPS差分定位技术
统）是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报 文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。
该系统主要由由空间星座、地面控制中心系统和用户终端三
部分构成。与GPS定位系统中由接收机自主计算自身位置不
同，北斗系统中接收机的定位是由控制器计算后传递给用户 的方式来完成的。
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定位技术在物联网中的应用
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。
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定位技术在物联网中的应用
定位技术在智能物流中的应用
随着物联网的发展，现有的物流产业越来越向智能化和一
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定位技术在物联网中的应用
在军事领域的应用
定位技术在军事领域的应用很多。比如，利用GPS系统，可以
有效的提高导弹的制导精度并提供更加灵活的制导方式。定
位技术也可以提供对士兵的实时位置监测，提高军队中单兵 作战系统所必要的信息。定位技术在军事中的另一个应用是 通过移动无线定位来确定敌方重要人物或者目标的位置并进 行精确打击。
的卫星星历、导航电文等信息注入到相应的卫星。注入站同时也是监测
站，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。
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卫星导航系统
GPS的组成
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。
卫星导航系统
北斗二号：以北斗导航试验系统为基础，我国开始逐
步实施北斗卫星导航系统的建设，首先满足中国及其周边地 区的导航定位需求，并进行系统的组网和测试，逐步构建一 个类似GPS的全球卫星导航定位系统，称为北斗卫星导航定
位系统，简称北斗二号。
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卫星导航系统
北斗定位系统与GPS定位系统的比较：
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。
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卫星导航系统
主要几种卫星导航定位系统
目前世界上主要的卫星导航系统主要有4个：美国的 GPS(Global Positioning System) 全球定位系统，欧洲的 伽利略（ Galileo ）定位系统，俄罗斯的 GLONASS 定位系统 和中国的北斗定位系统。其中美国的GPS是目前最成熟，应 用最广的定位系统，而其它三个定位系统仍然还在建设中。
卫星导航系统
GPS中的卫星分布图
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卫星导航系统
GPS的组成：
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。注入站目前有4个，其作用是把主控站计算得到
典型智能物流系统示意图
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定位技术在物联网中的应用
基于位置的服务
基于位置的服务(Location Based Service ，LBS)[2-3]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
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卫星导航系统
GPS定位原理（ R1’，R2’，R3’和R4’为所测伪距）
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卫星导航系统
GPS的定位原理
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
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卫星导航系统
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维导 航与定位的能力。它是 1973 年美国国防部（ Department of Defense）协同有关军方机构共同研究开发新一代的卫星导航 系统。全称叫作“授时与测距导航系统/全球定位系统 （NAVSTAR/GPS—Navigation System Timing and
与GPS相比，北斗具有如下优点：
1 ）北斗导航系统可以提供导航定位服务，其精度可以达到重点地区水
平10米，高程10米，其他大部分地区水平20米，高程20米；测速精度优
于0.2米/秒。这和美国GPS的水平是差不多的。 2）第二，授时服务。授时精度可达到单向优于50纳秒，双向优于10纳
为了有效提高定位精度，提出了差分定位技术。其基本原 理是用一个已知位置的固定接收机站来测算GPS的误差。差
分定位是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之
间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相 位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行 相对定位。具有伪距差分功能的 GPS 接收机的定位精度在 1—10米之间。
卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支 撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业 的广泛应用。
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卫星导航系统
北斗卫星导航系统简介
北斗卫星导航系统包括北斗卫星导航试验系统（北斗一号）和
北斗卫星导航定位系统（北斗二号）。第一代的北斗卫星导航 试验系统（也称双星定位导航系统）覆盖范围较小，仅能覆盖
和我国的北斗等，也包括用于在小范围内确定物体位置的
技术，如近些年发展起来的蜂窝网中的无线定位，无线传 感器网络中的节点定位技术和基于 RFID 标签的定位技术等。
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定位的概念与发展历史
定位技术发展简史
1. 无线电技术出现以后，人们认识到利用这种技术可以进 行更大范围的和更加精确的定位。
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定位技术在物联网中的应用
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。
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定位技术在物联网中的应用
灾难救援
当发生地震或海啸等突发灾难时，需要快速的确定幸存人员 的位置以便进行救援，这就要求能够快速的对很大区域范围 内的幸存人员的生命特征进行检测并快速传回指挥中心。这 种情况下一个有效的解决方案是部署一个无线自组织网，网 中的节点可以确定自己的位置，并且根据自己的位置来确定 幸存人员的位置报告给指挥中心。
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。
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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。
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卫星导航系统
北斗卫星导航系统组成
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成， 空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面 段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包 括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。
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卫星导航系统
北斗一号：北斗卫星导航试验系统（双星定位导航系
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定位技术在物联网中的应用
北斗通信系统在汶川抗震救灾中的应用
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定位技术在物联网中的应用
定位技术在智能交通中的应用
定位技术在智能交通系统中也有着重要的作用。为了有效
的对车辆进行导航和追踪，需要实时的确定车辆的位置。 定位技术在车载网络通信协议的设计中也扮演着至关重要 的角色。