物联网定位技术（PPT35页)

物联网定位技术物联网定位技术◆确定自己(目标或节点)在系统中的位置◆在系统中寻找目标(节点)的位置◆绝对位置：目标在某一特定坐标系中的位置(经纬度、高度等)◆相对位置：相对于某一基点的位置关系基于传感器网的定位技术按传感器工作模式分类L2L1AL3100m40m75m基于无线传感器网络的定位技术◆基于上行链路◆提供相对位置◆确定锚节点(基点，L1、L2、L3)，再根据目标(A)与锚节点的距离，确定目标节点的相对位置基于传感器网的定位技术按传感器工作模式分类基于带有传感器的移动终端定位技术◆基于下行链路◆提供多种位置信息◆定位准确快速，解算相对复杂，对系统硬件有一定要求基于带有传感器的移动终端的定位技术TA定位法移动终端与附近的三个以上的基站通信，利用TA参数解算得到位置信息。◆优点：移动终端无需改动◆缺点：无法与其他业务同时进行；增加信令开销；定位时间较长基于传感器网的定位技术基于无线传感器网络的定位技术基于传感器网的定位技术AOA定位法相应地测量出目标与两个基站之间的传输信号到达角度参数的信息，通过数学解算，得到目标的具体位置信息◆优点：在基站稀疏的场景使用◆缺点：障碍物增大误差基于无线传感器网络的定位技术基于传感器网的定位技术TOA定位法基于信号到达时间定位法，通过精确测量从目标到三个以上基站的信号传输时间得到目标到基站的距离，进而解算出目标的位置基于无线传感器网络的定位技术基于传感器网的定位技术TOA定位法电磁波传播速度高；目标与基站距离小，因此TOA定位法的精度与位置测量单元的时钟精度紧密相关。优点◆终端设备无需改造◆定位精度高，数据可优化缺点◆时钟同步复杂◆误差易累积放大基于无线传感器网络的定位技术基于传感器网的定位技术TDOA定位法基于信号到达时间差定位法，通过精确测量从目标到不同步基站的信号传输时间差，进而解算出目标的位置基于无线传感器网络的定位技术基于传感器网的定位技术TDOA定位法TDOA算法是对TOA算法的一种改进方法，不直接利用信号到达时间来解算目标位置，利用信号到达时间差解算。◆无需在信号中加入特定的时间标记信息◆定位精度该与TOA算法◆解算二维坐标最少需要两个双曲线方程，即三个基站；解算三维坐标至少需要三个双曲线方程，即四个基站◆对硬件设备要求较高，未解决障碍物造成误差的弊端◆TDOA值解算方式：差值直接解算(时间同步)、估计算法基于无线传感器网络的定位技术基于传感器网的定位技术TDOA定位法优点◆可在语音和控制信道上测量◆适用于多种通信制式◆对原有系统改动不大◆测量精度对距离、多径干扰、功率等因素不敏感◆延时小缺点◆需要对基站设备进行改造◆传感器节点须附加声波或超声波收发装置(组合测距方式)基于无线传感器网络的定位技术基于传感器网的定位技术TDOA定位法组合测量算法采用RF信号和超声波信号测距，根据传感器发射的两种信号到达的时间差(T2-T1)和两种信号的传播速度解算两点间的距离。◆测量精度提高◆设备成本增加基于无线传感器网络的定位技术基于传感器网的定位技术COO定位法单基站定位方式，根据移动终端所处的传感器网络ID号确定终端的具体位置。◆定位原理和方式最为简单。◆定位精度取决于网络小区的覆盖半径：基站密集区域(如城市核心区)，定位精度可达50m以内；基站稀疏区域(如山区)，定位精度只能粗略为几千米。基于无线传感器网络的定位技术基于传感器网的定位技术COO定位法优点◆实现简单◆只需建立基站覆盖数据库◆定位快速◆无需改造设备缺点◆定位精度较差GPS全球范围定位技术GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称。GPS系统利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息GPS全球范围定位技术GPS系统由三部分组成◆卫星空间星座：共有24颗人造地球卫星，其中21颗工作星，3颗备用星。分布在互成60度夹角的6个轨道平面上。每12小时环绕地球一圈。◆地面控制部分：主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统。◆GPS用户装置：卫星天线和接收机GPS全球范围定位技术GPS特点◆卫星不间断发射由二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)组成的导航电文，伪码分为民用的C/A码(粗码)和军用的P码(精确码)。◆C/A码测得的伪距精度约为10-20米，P码伪距精度约为2米；如加入辅助手段精度可达厘米级，甚至毫米级。◆GPS提供的导航信息为经纬度。地球直径约12756km纬度1度对应距离约为111.133km经度1度对应距离约为111.413cosΦ(km)，Φ为测量点纬度AGPS全球范围定位技术辅助全球卫星定位系统（AssistedGlobalPositioningSystem，AGPS）是一种GPS的运行方式。它可以利用手机基地站的资讯，配合传统GPS卫星，让定位的速度更快。◆AGPS技术是一种结合了网络基站信息和GPS信息对移动台进行定位的技术，可以在移动通信网络中使用。◆AGPS技术需要在手机具有GPS接收机模块，改造手机天线，同时要在移动网络上加建位置服务器、差分GPS基准站等设备。如果要提高该方案在室内等GPS信号屏蔽地区的定位有效性，该方案还提出需要增添类似于EOTD方案中的位测量单元（LMU）。◆GPSOne是AGPS技术的一种定位方案。GPSOne全球范围定位技术GPSOne是高通公司开发的一种基于GPS的混合定位技术。GPSOne技术利用地面基站移动台定位技术对GPS定位进行互补辅助定位，是位置信息的获得更加快速准确。◆常用的移动台定位技术包括AOA、TOA、TDOA等◆地面定位技术：行程往返延迟RTD，导频相位测量GPSOne全球范围定位技术行程往返延迟RTD◆设移动台发送信号至基站的时间为t，假定上、下行链路的传输延迟特性相同，则信号返回的延迟为2t。◆移动台信号往返时间对应的几何距离是基站到移动台实际距离的两倍。导频相位差测量◆移动台持续搜索相邻活跃的小区之间的导频信号，用来确定基站切换的最优选择对象。◆移动台测量来自基站的每一个导频与参考导频之间的相位差。GPSOne全球范围定位技术手机上报移动台导频测量信息定位引擎根据“初始位置”计算GPS捕获辅助数据，发送给手机接收GPS信号和移动台导频测量信号，上报定位引擎GPS信号达标引入其他算法计算手机位置采用GPS信号计算手机位置输出定位结果结果返回手机是否混合定位方式◆通过地面辅助网络和GPS共同定位◆移动台直接利用GPS测量值计算位置信息GPSOne全球范围定位技术目标三维坐标通过三颗卫星获得◆利用基站时钟对移动台参考时钟进行校准，即修正移动台时钟与GPS时钟的时钟差◆时钟差与信号路径无关，因此无多径干扰GPSOne定位方案的优势全球范围定位技术提高精度使用卫星数少提高GPS接收机灵敏度减少搜索响应快降低设备复杂度和成本可利用移动台已有器件和软件迅速锁定信号延长电池寿命减少对通信信道干扰缩小了移动台在频域的搜索空间GPS数据更新累积误差小战场区域定位局部区域定位技术可快速了解作战单位具体位置以及战场实时情况人员位置监控与查找局部区域定位技术物品与人员运动轨迹记录局部区域定位技术概念基于节点的定位技术锚节点也叫信标节点，指已知自身位置信息的节点，为其他节点提供参考坐标。邻居节点一个节点通信距离范围内的所有节点的集合，大多数场合指一跳距离的节点。跳数指两个节点之间建立通讯连接所需经过的跳段的总和。网络连接度所有节点的邻居个数取平均值，可反映传感器配置的密集程度多维标度技术定位算法集中式定位法◆MDS可以将相关物体映射为低维空间中存在的一个点，当这个低维空间的维数转化为2或者3时，该情景就成为一个节点定位问题。◆可用于测距式定位算法中◆在锚节点少的网络计算中，误差较大◆节点多的网络，矩阵大，运算量大Dv-Hop定位算法分布式定位法基本原理：测量确定分布在两个或多个锚节点之间多跳网络(未知节点构成)的跳数，估算出每一跳的距离，进而估算出每个节点的位置。◆精度：网络连通度为10，锚节点比例10%的网络中，定位精确度约为33%L2L1AL3100m40m75mDv-Hop定位算法应用背景：大规模网络中，目标节点无法与足够多的锚节点直接通信；节点随机部署，只有锚节点可精确定位。分布式定位法优点◆算法结构简单易实现，计算量小◆扩展性好◆无需复杂的精确测距方式，硬件要求低，成本低缺点◆性能受节点密度影响大，节点密度大，精确度高◆不适用于非凸区域的定位◆锚节点的分布情况影响定位精度质心定位算法分布式定位法基本原理：锚节点每隔一段时间，向邻居节点广播信标信号；未知节点接收到来自不同锚节点的信标信号超过阈值或接收一定时间后，该节点即确定自身位置在这些锚节点所组成的多边形的质心。加权因子体现各锚节点对质心位置的影响程度。物联网定位技术的应用灾难救援物联网定位技术的应用智能交通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。物联网定位技术的应用智能物流在堆场管理，集装箱管理，实时追踪，智能仓储以及货物配送环节，都需要定位技术的支持。物联网定位技术的应用船舶人员管理