物联网定位方式与技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢ 除美国的GPS定位系统外，目前已投入使用的卫星导航系统还有俄罗斯的 GLONASS全球卫星定位导航系统和我国的北斗一号区域性卫星导航系统。 欧盟的伽利略定位导航系统目前正在部署中，预计将于2014正式投入使用。 我国目前正在建设自主研发北斗二号全球卫星导航系统，届时将可供全球 范围的信号覆盖。
可编辑ppt
➢ 基于以上原因，人们在实际中用的更多的是 TDoA（Time Difference of Arrival)定位方法，不是直接用信号的发送和到 达时间来确定位置，而是用信号到达不同基站的时间差来建 立方程组求解位置，通过时间差抵消掉了一大部分时钟不同 步带来的误差。
可编辑ppt
12
AoA定位
➢ToA和TDoA测量法都至少需要三个基站才能 进行定位，如果人们所在区域基站分布较稀疏， 周围收到的基站信号只有两个，就无法定位。 这种情况下，可以使用AoA（Angle of Arrival） 定位法。只要用天线阵列测得定位目标和两个 基站间连线的方位，就可以利用两条射线的焦 点确定出目标的位置。
可编辑ppt
10
COO定位
➢COO定位（Cell of Origin）是最简单的一种定 位方法，它是一种单基站定位。这种方法非常 原始，就是将移动设备所属基站的坐标是为移 动设备的坐标。这种定位方法的精度极低，其 精度直接取决于基站覆盖的范围。如果基站覆 盖范围半径为50米，那么期误差就是50米。
可编辑ppt
6
三球交会定位原理示意图
可编辑ppt
7
接收机与GPS卫星间距离测定
➢每颗卫星都在不断地向外发送信息，每条信息 中都包含信息发出的时刻，以及卫星在该时刻 的坐标。接收机会接收到这些信息，同时根据 自己的时钟记录下接受到信息的时刻。用接收 到信息的时刻减去信息发出的时刻，得到信息 在空间中传播的时间。用这个时间乘上信息传 播的速度，就得到了接收机到信息发出时的卫 星坐标之间的距离。
➢ GPS接收机启动较慢，往往需要3~5分钟，因此定位速度也较 慢。
➢ 由于信号要经过大气层传播，容易受天气状况影响，定位不 稳定。
可编辑ppt
9
蜂窝基站定位
➢ 蜂窝基站定位主要应用于移动通信中广泛采用的蜂窝 网络，目前大部分的GSM、CDMA、3G等通信网络 均采用蜂窝网络架构。在通信网络中，通信区域被划 分为一个个蜂窝小区，通常每个小区有一个对应的基 站。以GSM网络为例，当移动设备要进行通信时， 先连接在蜂窝小区的基站，然后通过该基站接GSM 网络进行通信。也就是说，在进行移动通信时，移动 设备始终是和一个蜂窝基站联系起来，蜂窝基站定位 就是利用这些基站来定位移动设备。
➢ GPS是目前世界上最常用的卫星导航系统。GPS计划开始于1973年，由 美国国防部领导下的卫星导航定位联合技术局（JPO）主导进行研究。 1989年正式开始发射GPS工作卫星，1994年GPS卫星星座组网完成， GPS投入使用。
➢ 由于美国国防部的背景，GPS系统最初设计为军用。投入使用后，GPS对 民用工业开放，但是仅有军用接收机可以享受高质量的信号(精确度达20 米)，供民用上的信号质量被故意降低（精度约300米）。2000年5月1日， 美国总统比尔.克林顿命令取消GPS系统的这种区别对待，从此民用GPS 信号也达到20米的精度。
物联网定位方式与技术
报告人： 专业：信号与信息处理 导师：
可编辑ppt
1
一、物联网中的定位方式
➢无线通信技术的成熟与发展，带动了物联网时 代的到来，越来越多的应用都需要自动定位服 务。下面将对介绍几种常见的定位方式如GPS 定位、蜂窝基站定位、无线室内环境定位以及 新兴的定位方式。
可编辑ppt
2
GPS定位
3
GPS卫星组网
可编辑ppt
4
GPS定位系统
➢ 宇宙空间部分：GPS系统的宇宙空间部分由24颗工作卫星组成，最初设 计将24颗卫星均匀分布到3个轨道平面上，每个平面8颗卫星，后改为采 用6轨道平面，，每平面4颗星的设计。这保证了任何一时刻都有至少6 颗卫星在视线之内，可以进行定位。
➢ 地面监测部分：GPS系统的地面监控部分包括1个位于美国科罗拉多州 Schriever空军基地的主控中心，4个专用的地面天线，以及6个专用的 监视站。此外还有一个紧急状况下备用的主控中心，位于马里兰州盖茨 堡。
➢ 用户设备部分：要使用GPS系统，用户必须具备一个GPS专用接收机。 接收机通常包括一个和卫星通信的专用天线，用于位置计算的处理器， 以及一个高精度的时钟。
可编辑ppt
5
GPS定位原理
➢目前，卫星导航系统定位都是采用的三球交汇 定位原理，具体流程如下： （1）用户测量出自身到三颗卫星的距离； （2）卫星的位置精确已知，通过电文播发给 用户； （3）以卫星为球心，距离为半径画球面； （4）三个球面相交得两个点，根据地理常识 排除一个不合理点即得用户位置。
可编辑ppt
8
GPS定位的缺陷
➢ 对时钟的精确度要求极高，造成成本过高，受限于成本，接 收机上的时钟精确度低于卫星时钟，影响了定位精度。
➢ 理论上三个卫星就可以定位，但在实际中用GPS定位至少要 四颗卫星，这极大的制约了GPS的使用范围；当处室内时， 由于电磁屏蔽效应，往往难以接收到GPS信号，因此GPS这 种定位方式主要在室外施展拳脚。
可编辑ppt
13
AoA定位示意图
可编辑ppt
14
蜂窝基站定位应用
➢蜂窝基站定位的精度不高，其优势在于其定位 速度快，在数秒之内便可以完成定位。蜂窝基 站定位法的一个典型应用就是紧急电话定位， 在刑事案件中大展身手。
➢北美地区的E-911系统（Enhanced 911）是目 前比较成熟的紧急电话定位系统（911是北美 地区的紧急电话号码，相当于我国的911）。
可编辑ppt
11
ToFra Baidu bibliotek/TDoA定位
➢ 要想得到更精确的定位，就必须使用多个基站同时测得的数 据。多基站定位方法中，最常用的就是ToA/TDoA定位。
➢ ToA（Time of Arrival)基站定位与GPS定位方法相似，不同之 处是把卫星换成了基站。这种方法对时钟同步精度要求很高， 而基站时钟精度远比不上GPS卫星的水平；此外，多径效应 也会对测量结果产生误差。
可编辑ppt
➢ 基于以上原因，人们在实际中用的更多的是 TDoA（Time Difference of Arrival)定位方法，不是直接用信号的发送和到 达时间来确定位置，而是用信号到达不同基站的时间差来建 立方程组求解位置，通过时间差抵消掉了一大部分时钟不同 步带来的误差。
可编辑ppt
12
AoA定位
➢ToA和TDoA测量法都至少需要三个基站才能 进行定位，如果人们所在区域基站分布较稀疏， 周围收到的基站信号只有两个，就无法定位。 这种情况下，可以使用AoA（Angle of Arrival） 定位法。只要用天线阵列测得定位目标和两个 基站间连线的方位，就可以利用两条射线的焦 点确定出目标的位置。
可编辑ppt
10
COO定位
➢COO定位（Cell of Origin）是最简单的一种定 位方法，它是一种单基站定位。这种方法非常 原始，就是将移动设备所属基站的坐标是为移 动设备的坐标。这种定位方法的精度极低，其 精度直接取决于基站覆盖的范围。如果基站覆 盖范围半径为50米，那么期误差就是50米。
可编辑ppt
6
三球交会定位原理示意图
可编辑ppt
7
接收机与GPS卫星间距离测定
➢每颗卫星都在不断地向外发送信息，每条信息 中都包含信息发出的时刻，以及卫星在该时刻 的坐标。接收机会接收到这些信息，同时根据 自己的时钟记录下接受到信息的时刻。用接收 到信息的时刻减去信息发出的时刻，得到信息 在空间中传播的时间。用这个时间乘上信息传 播的速度，就得到了接收机到信息发出时的卫 星坐标之间的距离。
➢ GPS接收机启动较慢，往往需要3~5分钟，因此定位速度也较 慢。
➢ 由于信号要经过大气层传播，容易受天气状况影响，定位不 稳定。
可编辑ppt
9
蜂窝基站定位
➢ 蜂窝基站定位主要应用于移动通信中广泛采用的蜂窝 网络，目前大部分的GSM、CDMA、3G等通信网络 均采用蜂窝网络架构。在通信网络中，通信区域被划 分为一个个蜂窝小区，通常每个小区有一个对应的基 站。以GSM网络为例，当移动设备要进行通信时， 先连接在蜂窝小区的基站，然后通过该基站接GSM 网络进行通信。也就是说，在进行移动通信时，移动 设备始终是和一个蜂窝基站联系起来，蜂窝基站定位 就是利用这些基站来定位移动设备。
➢ GPS是目前世界上最常用的卫星导航系统。GPS计划开始于1973年，由 美国国防部领导下的卫星导航定位联合技术局（JPO）主导进行研究。 1989年正式开始发射GPS工作卫星，1994年GPS卫星星座组网完成， GPS投入使用。
➢ 由于美国国防部的背景，GPS系统最初设计为军用。投入使用后，GPS对 民用工业开放，但是仅有军用接收机可以享受高质量的信号(精确度达20 米)，供民用上的信号质量被故意降低（精度约300米）。2000年5月1日， 美国总统比尔.克林顿命令取消GPS系统的这种区别对待，从此民用GPS 信号也达到20米的精度。
物联网定位方式与技术
报告人： 专业：信号与信息处理 导师：
可编辑ppt
1
一、物联网中的定位方式
➢无线通信技术的成熟与发展，带动了物联网时 代的到来，越来越多的应用都需要自动定位服 务。下面将对介绍几种常见的定位方式如GPS 定位、蜂窝基站定位、无线室内环境定位以及 新兴的定位方式。
可编辑ppt
2
GPS定位
3
GPS卫星组网
可编辑ppt
4
GPS定位系统
➢ 宇宙空间部分：GPS系统的宇宙空间部分由24颗工作卫星组成，最初设 计将24颗卫星均匀分布到3个轨道平面上，每个平面8颗卫星，后改为采 用6轨道平面，，每平面4颗星的设计。这保证了任何一时刻都有至少6 颗卫星在视线之内，可以进行定位。
➢ 地面监测部分：GPS系统的地面监控部分包括1个位于美国科罗拉多州 Schriever空军基地的主控中心，4个专用的地面天线，以及6个专用的 监视站。此外还有一个紧急状况下备用的主控中心，位于马里兰州盖茨 堡。
➢ 用户设备部分：要使用GPS系统，用户必须具备一个GPS专用接收机。 接收机通常包括一个和卫星通信的专用天线，用于位置计算的处理器， 以及一个高精度的时钟。
可编辑ppt
5
GPS定位原理
➢目前，卫星导航系统定位都是采用的三球交汇 定位原理，具体流程如下： （1）用户测量出自身到三颗卫星的距离； （2）卫星的位置精确已知，通过电文播发给 用户； （3）以卫星为球心，距离为半径画球面； （4）三个球面相交得两个点，根据地理常识 排除一个不合理点即得用户位置。
可编辑ppt
8
GPS定位的缺陷
➢ 对时钟的精确度要求极高，造成成本过高，受限于成本，接 收机上的时钟精确度低于卫星时钟，影响了定位精度。
➢ 理论上三个卫星就可以定位，但在实际中用GPS定位至少要 四颗卫星，这极大的制约了GPS的使用范围；当处室内时， 由于电磁屏蔽效应，往往难以接收到GPS信号，因此GPS这 种定位方式主要在室外施展拳脚。
可编辑ppt
13
AoA定位示意图
可编辑ppt
14
蜂窝基站定位应用
➢蜂窝基站定位的精度不高，其优势在于其定位 速度快，在数秒之内便可以完成定位。蜂窝基 站定位法的一个典型应用就是紧急电话定位， 在刑事案件中大展身手。
➢北美地区的E-911系统（Enhanced 911）是目 前比较成熟的紧急电话定位系统（911是北美 地区的紧急电话号码，相当于我国的911）。
可编辑ppt
11
ToFra Baidu bibliotek/TDoA定位
➢ 要想得到更精确的定位，就必须使用多个基站同时测得的数 据。多基站定位方法中，最常用的就是ToA/TDoA定位。
➢ ToA（Time of Arrival)基站定位与GPS定位方法相似，不同之 处是把卫星换成了基站。这种方法对时钟同步精度要求很高， 而基站时钟精度远比不上GPS卫星的水平；此外，多径效应 也会对测量结果产生误差。