移动定位与位置管理分解

定位与导航的历史
最古老、最简单的导航方法－星历导航，人类 通过观察星座的位置变化来确定自己的方位；
最早的导航仪是中国人发明的指南针，几个世 纪以来它经过不断的改进而变得越来越精密；
最早的航海表是英国人John Harrison经过47年 的艰苦工作于1761年发明的；
在其随后的两个世纪，人类综合地利用星历知 识、指南针和航海表来进行导航和定位。
WGS—84世界大地坐标系的几何定义是：原点是地球质心， z轴指向BIHl984.0定义的协议地球极(CTP)方向，X轴指向 BIHl984．0的零子午面和CTP赤道的交点，y轴与z轴、x轴构 成右手坐标系。
实际环境中，由于卫星发射的无线电信号会受到天气、地球 外围电离层及高大建筑物的阻挡、反射，给卫星无线电信号 进入接收机的时间造成延迟，导致计算出的距离不准确，所 以需要第四颗卫星进行时钟的修正。故要得出准确的空间坐 标，至少需要4个以上的参考点（卫星）。
④ 抗干扰性能好、保密性强。由于GPS系统采用了伪 码扩频技术，因而GPS卫星所发送的信号具有良好的 抗干扰性和保密性。
• 全球定位系统(Global Positioning System)
服务级别（军事/民用）：
标准定位服务(SPS)－适于所有GPS用户，提供 持续的、全球范围的，不直接收费。定位精度： 10m。
GPS系统定位 vs 基于GSM系统定位
GPS定位系统设备和服务费用昂贵，普通用户较 难承受。建立在GSM基础上的移动定位服务，廉价、 Байду номын сангаас便、易用，正在逐渐为普通用户所接受。 （1）技术上不易受到控制； （2）定位终端设备价格低，甚至仅利用普通手机； （3）定位网络建设和维护费用都比GPS系统低廉； （4）定位精度虽然不及GPS系统，但尚令人满意； （5）业务灵活，运行和使用成本低廉。
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GPS卫星
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智能车载终端
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通信系统
通信系统
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特定服务
...... 特定服务
服务中心
服务中心
GPS差分台 .................
卫星定位体系
全球目前有四套这样的卫星体系: 美国GPS 俄罗斯格洛纳斯（GLONASS） 中国北斗系统 欧洲的伽利略（Galileo） 不过这其中只有美国GPS拥有最广的民用范围 . 全球定位系统GPS，于1973年由美国政府组织
定位与导航的历史
惯性导航技术，即通过对加速度计所记录的载体 加速度进行积分来确定位置。
20世纪，人类从被动地利用宇宙中现存的参照物 （如星体）扩展到主动地建立和利用人为参照物 来开发更精密的导航定位系统。由此地基电子导 航系统诞生了，目前大约有100种地基电子导航系 统在运行，最著名的有Loran C/D、Omega等 。但 其缺陷是只能进行二维定位。
为 了 推 动 移 动 定 位 技 术 应 用 ， Motorola 、 Ericsson和NOKIA三家公司2000年9月正式建立 了Location Interoperability Forum
(http://www.locationforum.org)
移动定位技术和定位服务的关系
移动定位服务:
二、 移动定位应用 (Location-Based Application)
导航应用： 向用户提供从位置A到位置B的最佳路线。如导航
－查询离移动用户最近的餐馆，车队、物流等的 调度和管理。
追踪应用： 确定人员、交通工具的位置，当然被追踪者必须
有具备定位功能的移动终端。如人员紧急救助。
• 用户接收机： 含主机、天线和电源三部分，运算单元可计算出用 户所在位置。
GPS定位原理
已知三个参考点的空间坐标A（X1，Y1，Z1）、B（X2， Y2，Z2）、C（X3，Y3，Z3）,它们到O点的距离分别为AO、 BO、CO,求O点所在的坐标？
A、B、C即为卫星所在的空间坐标，也叫星历，O点为GPS 接收机所在的位置。
移动定位与位置管理
移动定位技术及应用
一、 什么是移动定位？ 二、 移动定位应用 （LBA） 三、 全球卫星定位系统（GPS） 四、 基于GSM的移动定位系统 五、 移动定位应用实例
一、什么是移动定位？
移动定位
(mobile positioning) 通过移动终端和无
线网络的配合，确定出 移动用户的实际地理位 置，从而提供用户需要 的，与位置相关的服务 信息，如移动速度、时 间等。
• 据估计，移动运营商将占据无线门户市场50% 到70%的份额。继手机短消息服务之后，移动定 位应用将成为又一项最重要的移动服务。
• In US, industry analysts have forecasted that the location services marketplace will generate $4-8 billion annually by 2004.
三、全球定位系统 (Global Positioning System)
GPS－利用低轨道卫星 (LEO)进行全球导航定位的系统。 卫星处在距地面高度约2万公里， 相互间隔55度的六条轨道上，其 目的是地球上任何一个用户都能 同是看到4颗卫星，进行4颗卫星 的无源定位，获得三维空间的定 时信息， 采用扩频CDMA方式 来区分各个卫星的地址。
能将有关移动用户位置信息或用户感兴趣的移动 终端的信息信息发送给有关人员。同时它还可以移 动终端进行定位，并其位置进行实时监测和跟踪。
移动定位服务包括移动定位技术和移动定位应用；
定位技术的不同，可以实现的定位服务也不同。
在现在投入运营的服务当中，无线数据服务和基 于移动定位技术的增值服务无疑是除去话音和短信 息等传统服务外最具有竞争力和前景最光明的增值 服务。
与位置相关的信息服务：
指通过用户的位置信息，向用户提供更精确、更 实用的信息。 如移动广告、觅友。
Location Services Hotlist
Enhanced 911 Traffic Information Enhanced 114 Directory/Information Navigational Assistance Enhanced Roadside Assistance Location Based Billing Fleet Tracking Stolen Vehicle Recovery Personal Location RF/Network Optimization
GLONASS系统采用FDMA方式，根据载波频率来区分不同 卫星。俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用、不加密的 开放政策。
GLONASS系统单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为 25m。 到目前为止，尚有10颗GLONASS卫星在运行。
俄政府为进一步提高定位能力，开拓广大的民用市场，用 4年时间将其更新。内容有：改进地面测控站设施；延长卫 星的在轨寿命到8年；实现系统高的定位精度：位置精度提 高到10～15m，定时精度提高到20～30ns，速度精度达到
服务器协助的GPS (A-GPS)
背景：为克服GPS的缺点，1998年出现服务器协助GPS
技术(A-GPS) 。在覆盖区域内布置静止的服务器以协助 移动接收器接收GPS信号。实际上，服务器就是静止的 GPS接收器。
组成与定位过程：服务器包括一个射频接口--以同移动
GPS接收器通信，静止GPS接收器--其天线可监视整个天 空连续监测所有可视卫星信号。 过程：服务器将卫星信息通过射频接口传输过来，信息包 括可视GPS卫星的列表和其它能协助GPS接收器实现与卫 星同步的数据。在大约1秒内，GPS接收器收集到足够的 信息，计算自己的地理位置并将之传送回服务器。服务器 然后结合卫星导航信息确定该移动设备的位置。
四、 基于GSM的移动定位系统
在移动GSM服务中加入位置信息，不仅能够 创建新的应用空间，而且能够提高应用价值， 提高使用的安全性、生产力和信息质量。
精确定位服务(PPS)－服务于军事，估计其单点 实时定位精度约为3m 。
第二代GPS，计划发射20颗卫星，定位精度将达到 1mm。
俄罗斯卫星定位系统GLONASS
GLObal NAvigation Satellite System
GLONASS系统由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的 轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度1.9万公里。
特点：
–节省了功耗：利用A-GPS方法，移动接收器不需连续追 踪卫星信号，大大节省了功耗。而且，只需要同步伪 随机噪声码而不需考虑信号中的卫星导航信号，结果 是其灵敏度足以在大多数建筑物内工作。
–高精度: 因为静止GPS接收器的实际位置是已知的，其 实际位置与测量到的位置之差可以用来校正移动接收 器位置的计算结果。也就是说， A-GPS本质上就是差 分GPS（DGPS），部分抵消了民用GPS服务的一些不精 确性。（最精确的GPS服务保留作军用）。
研究，耗费巨资，历经约20年，于1993年全部 建成。
• GPS系统包括空间导航卫星，地面控制站，用户接收 机等三部分构成。 GPS由美空军负责操作和维护。
• 空间导航卫星：目前，已有24颗卫星在轨道上运行，21颗基 本星，3颗备用星。
• 地面控制站：它是GPS系统的控制中心，包括1个主 控站，1个注入站和4个监测站。主控站在美国加州范 登堡空军基地。
Enables personalized, customized information
Location is high value, low bandwidth data for mobile applications
美联邦通信委员会1996年提出E911，要求移动 运营商确定所有移动紧急呼叫者位置。 1998年 Phase I 生效，要求将用户定位在1～5英里范围 内；2001年Phase II生效，67%的呼叫定位到 125米的范围之内。
• 全球定位系统(Global Positioning System)
① 全球地面连续覆盖。在地球上任何地点均可连续同 步地观测到至少4颗卫星，从而保障了全球、全天候连 续实时导航与定位的需要。
② 功能多、精度高。GPS可为各类用户连续地提供高 精度的三维位置、三维速度和时间信息。
③ 实时定位速度快。目前GPS接收机一次定位和测速 工作在一秒甚至更少的时间内便可完成。
由于GPS是全球性的定位导航系统，其坐标系统也必须是全 球性的；它是通过国际协议确定的，称为协议地球坐标系 (Conventional Terrestrial System—CTS)。目前，GPS测量中所 使用的协议地球坐标系统称为WGS—84世界大地坐标系 (World Geodetic System)。
卫星电子导航系统 应运而生。1973年美国防部联合
研制第二代卫星导航定位系统-授时与测距导航系统/全球 定位系统（Navigation System Timing and Ranging/Global Position System-NAVSTAR/GPS ） ， 简 称 全 球 定 位 系 统 （GPS）
欧洲伽利略
1999年欧洲提出伽利略计划，投资36亿欧元，在2.4万公里 天空布置30颗卫星，用于导航与定位服务。
2005年12月首次发射，2015年全部发射完毕，30颗卫星组 成通信导航系统。
多种导航信号，如免费使用信号，安全性与准确性更高的 加密信号。
2004年10月中国签署加入协议，投入2亿欧元，拥有全部使 用权。
• 预计10％的移动用户会使用定位服务。2005年，
全球移动位置服务业务将可能会达到数百亿美元.
Location Powers The Wireless Web
Expands the variety of Internet applications
Enriches value added Internet content