自动识别技术07

二、RFID定位技术
RFID定位技术是利用射频方式进行非接触式 双向通信交换数据以达到识别和定位的目的， 实现起来非常方便，而且系统受环境的干扰较 小，电子标签信息可以编辑改写比较灵活。
RFID定位技术分类
1. 信号强度信息定位（ Received Signal Strength Indication，RSSI）
➢ 格洛纳斯-M卫星重量约1.4吨，太阳能电池功率 1600瓦，原子钟精度为1e-13秒，提高了稳定性。
➢ 2008年联盟火箭也开始参与格洛纳斯卫星的发射， 同年格洛纳斯星座在轨运行卫星数量终于增加到18 颗，可以为俄罗斯提供全境卫星导航服务。
➢ 随着格洛纳斯-M的全面应用，格洛纳斯卫星导航 系统精度已经接近GPS系统，在2010年10月俄罗斯 政府已经补齐了该系统需要的24颗卫星，在2011年 达到GPS的标准。
✓ 印度的GPS辅助型静地轨道增强导航（GAGAN，GPS Aided Geo Augmented Navigation）
✓ 尼日利亚通信卫星一号（NIGCOMSAT-1）
美国：GPS
➢ Global Positioning System全球定位系统
➢ 美国的GPS是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。 它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确 的定位、测速和高精度的时间标准。
➢ 系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任 何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维 位置、三维运动和时间的需要。
➢ 系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上的1个主 控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的 GPS接收机。
➢ 最少只需其中3颗GPS卫星，就能迅速确定用户端 在地球上所处的位置及海拔高度；所能连接到的卫 星数越多，解码出来的位置就越精确。
✓ 美国广域增强系统（WAAS，Wide Area Augmentation System）
• 由美国联邦航空局开发建立的用于空中导航的一个系统，该系 统主要是通过解决广域差分GPS的数据通信问题从而提高全球 定位系统的精度和可用性。
✓ 日本的多功能GPS卫星星基增强系统（MSAS，MultiFunctional Satellite Augmentation System）
这种技术作用距离短，一般最长为几十米。但 可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息， 且传输范围很大，成本较低。同时由于其非接 触和非视距等优点，可望成为优选的室内定位 技术。
目前，射频识别研究的热点和难点在于理论传 播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化 等问题。
优点是标识的体积比较小，造价比较低，但是 作用距离近，不具有通信能力，而且不便于整 合到其他系统之中。
✓ 到2010年欧洲共发射 30颗服役期约为20年 的正式卫星，完成伽 利略卫星星座的部署 工作。
✓ 伽利略系统建成后， 美欧两大相互兼容的 导航定位系统将大大 有助于提供导航定位 的精度和可靠性。
➢ 欧洲联盟的伽利略卫星导航系统（Galileo Satellite Navigation System），是由欧盟研制和建立的全球 卫星导航定位系统。
• MSAS的空间段由两颗多功能传输卫星（MT Sat）组成，主要 目的是为日本航空提供通信与导航服务。
✓ 欧洲地球同步导航覆盖服务（EGNOS，European geostationary navigation overlay service）
• EGNOS系统是欧洲自主建设的第一个卫星导航系统，它通过 增强现在运行的两个军用系统：GPS和 GLONASS，来满足高 安全用户的需求。它是欧洲GNSS计划的第一步，是目前正在 研发中的Galileo计划的前奏。
➢ 它的定位服务还将与目前日本还在发展中的多功能 运输卫星（Multi-Functional Transport Satellite） 结合，是一个类似美国联邦航空管理局的广域增强 系统。
印度：IRNSS（印度区域导航卫星系统）
➢ Indian Regional Navigational Satellite System
➢ IRNSS空间星座有分别位于东经34度，83度和132 度的3颗GEO卫星，以及东经55度和111度的4颗倾 角为29度的IGSO卫星组成。
➢ 印度区域导航卫星系统（IRNSS）是一个由印度太 空研究组织（ISRO）发展的自由区域型卫星导航 系统，印度政府对这个系统有完全的掌控权。
➢ 印度区域导航卫星系统将提供两种服务，包括民用 的标准定位服务，及供特定授权使用者（军用）的 限制型服务。
自动识别技术
第七章 位置识别技术
第七章 位置识别技术
位置识别技术概述 RFID定位技术 卫星定位技术
一、位置识别技术概述
位置识别技术指通过特定的位置标识与测距技 术来确定物体位置信息。
位置信息分为两ห้องสมุดไป่ตู้：
1. 物理意义上的位置信息
✓ 指被定位物体具体的物理或数学层面上的位置数据，用 经纬度坐标和海拔高度来描述。
➢ 目前格洛纳斯全球卫星导航系统在轨卫星达29颗， 其中23颗处于工作状态，2颗为备用，3颗暂时处于 技术维护状态，1颗处于飞行试验状态。
欧盟：Galileo （伽利略）
➢ Galileo Positioning System
GALILEO DATA
Walker 27/3/1 Constellation
✓ 相比蜂窝定位技术，GPS具有良好的定位精度，解决了 很多军事和民用的实际问题，它是一种基于卫星的定位 系统，在室外空旷环境下可提供精度在 10 米之内的导 航。
✓ 但是当定位目标移动至室内，卫星信号会受到建筑物的 影响而大大衰减，定位精度也随之变得很低。
➢ 常用的室内定位识别技术
✓ 红外线定位技术 ✓ 超声波定位技术 ✓ 蓝牙定位技术 ✓ WIFI定位技术 ✓ ZigBee定位技术 ✓ RFID定位技术等。
日本：MSAS/QZSS
➢ 基于多功能卫星的星基增强系统（MSAS）
➢ Quasi-Zenith Satellite System（准天顶卫星系统）
➢ MSAS由日本气象局和日本交通部组织实施的基于 2颗多功能卫星（MTSAT）的GPS星基增强系统。
➢ QZSS空间星座由位于3个高椭圆轨道上的3颗 IGSO卫星组成。
➢ 1991年组建成具备覆盖全球的卫星导航系统，从 1982年12月12日开始，该系统的导航卫星不断得到 补充，至1995年，该系统卫星在数目上基本上得到 完善。
➢ 2002年在轨运行卫星增加到8颗，在2003、2004、 2005年分别增加到10、11、12颗。
➢ 2003年发射的卫星，是格洛纳斯的重大改进版本， 被称为格洛纳斯-M卫星。
✓ 由于无线信号的传播有以下规律：接收端测得的信号强 度越强，说明发送端距接收端距离越近，反之，接收端 测得的信号强度越弱，则说明发送端距离越远。
✓ 因此，基于信号强度衰减的方法可以测量收发距离。
2. 信号时间信息定位（Time Difference of Arrival， TDOA）
✓ 该方法通过测出电波从发射机传播到多个接收机的传播 时间（TOA）或时间差（TDOA）来确定目标的位置。
2. 抽象意义上的位置信息
✓ 抽象的位置信息描述的是一个相对位置，表达为：某个 物体位于一个具有确定位置对象的附近（对面、旁边或 背面等）。
按照位置识别的范围大小来分，可将位置识别 技术分为室外定位识别技术和室内定位识别技 术。
➢ 室外定位识别技术
✓ 主要有基于卫星通信的全球定位系统GPS和蜂窝（移动 通信网）定位技术。
➢ 这种布局的目的是保证在全球任何地点、任何时刻 至少可以观测到4颗卫星。
俄罗斯：GLONASS （格洛纳斯）
➢ Global Navigation Satellite System 全球导航卫星系
统
参数
GLONASS NAVSTAR GPS
系统中的卫星数 21＋3
21＋3
轨道平面数
3
6
轨道倾角
64.8 °
3. 基于电波传播时间（Time of Arrival，TOA）和到 达角度定位（Angle of Arrival， AOA）
✓ AOA（Angle of Arrival）算法是由阵列天线测量到移动 目标发射的无线射频信号，来判断移动目标的所在的方 向，从而实现根据信号到达的方向线（即侧位线）来进 行定位，由两个基站得到的两个侧位线的交点就是目标 的位置。
✓ 中国北斗卫星导航系统（BDS，BeiDou Navigation Satellite System）
✓ 欧盟伽利略定位系统（GALILEO）
➢ 区域系统
✓ 日本准天顶卫星系统（QZSS，Quasi-Zenith Satellite System）
• QZSS由三颗分置于相间120°的三个轨道面上的卫星组成，轨 道周期为23小时56分钟，倾角45°，轨道高度为31500～40000 公里。
三、卫星定位技术
卫星定位系统是利用卫星来测量物体位置的系 统，其关键作用是提供时间/空间基准和所有 与位置相关的实时动态信息，已成为国家重大 的空间和信息化基础设施，也成为体现现代化 大国地位和国家综合国力的重要标志。
世界各主要大国都竞相发展独立自主的卫星导 航系统。
GNSS
➢ 全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System），泛指所有的卫星导航系统，包括全球 的、区域的和增强的。
altitude ~23616 km SMA 29993.707 km
inclination 56 degrees
27 + 3 satellites in three Medium Earth Orbits (MEO)
• period 14 hours 4 min • ground track repeat about 10 days
➢ 该计划于1999年2月系统由欧洲委员会公布，欧洲 委员会和欧空局共同负责。
➢ 系统由轨道高度为23222km的38颗卫星组成，位于 3个倾角为56度的轨道平面内。
➢ 2012年10月，伽利略全球卫星导航系统第二批两颗 卫星成功发射升空，太空中已有的4颗正式的伽利 略系统卫星，可以组成网络，初步发挥地面精确定 位的功能。
➢ GPS卫星星座由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫 星，3颗为备用卫星。
➢ 24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上，即每个轨道 面上有4颗卫星。
➢ 卫星轨道面相对于地球赤道面的轨道倾角为55°， 各轨道平面的升交点的赤经相差60°，一个轨道平 面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星升交 角距超前30°。
➢ 准天顶卫星系统是以三颗卫星透过时间转移完成全 球定位系统的区域性功能卫星扩增系统。
➢ 第一颗卫星“Michibiki”于2010年9月11日发射， 到2013年形成完整的功能。
➢ 准天顶卫星系统是针对移动应用系统提供视讯基础 服务（影像、声音和资料）和定位资讯。
➢ 对于其定位服务，在独立模式下工作时，QZSS目 前只能提供有限的精度，因此被视为是全球导航卫 星系统扩增服务。
55°
轨道高度
19100km
20180km
轨道周期（恒星 11h15min 时）
11h58min
卫星信号的区分 FDMA
CDMA
L1频率
1602~1615MHz 1575MHz 频道间隔 0.5625MHz
L2频率
1246~1256MHz 1228MHz 频道间隔 0.4375MHz
➢ 俄罗斯的格洛纳斯系统由苏联在1976年组建，现在 由俄罗斯政府负责运营。
➢ 国际GNSS系统是个多系统、多层面、多模式的复 杂组合系统。
➢ 全球系统（联合国卫星导航委员会已认定的供应商）
✓ 美国全球定位系统（GPS，Global Positioning System）
✓ 俄罗斯格洛纳斯系统（GLONASS， Global Navigation Satellite System）
✓ 印度区域导航卫星系统（IRNSS，Indian Regional Navigation Satellite System）
• 系统由7颗卫星（很可能进入静地轨道和/或椭圆轨道）和地面 站组成。
➢ 增强系统
✓ 广域差分增强系统（星基增强系统）（SBAS， Satellite- Based Augmentation System）