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卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统
ToA定位法
•定位原理
✓得到Ti(i=1,2,3)后，由Ti*c得到设备到 基站i之间的距离Ri，然后根据几何只是 建立方程组并求解。 误差大
✓时钟同步精度要求高 ✓多径效应（波的反射和叠加原理）
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TDoA定位法
•定位原理
✓对TOA定位的改进，与TOA的不同之处在于，得到Ti 后不是立即用Ti去求距离Ri，而是先对T1,T2,T3两两求 差，然后通过建立方程组并求解。
定位系统
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内容提要
通过定位系统获
取位置信息是物联网时 代的重要研究课题。 本章将典型的定位系统 和定位技术。
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本章内容 1 位置信息
2 定位系统 3 定位技术 4 物联网对定位技术的新挑战 位置信息的三大要素是什么？
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为什么需要定位？
基于位置的服务
✓自动导航 ✓搜索周边服务信息 ✓基于位置的社交网络：Four square
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GPS：定位原理
，
x i x 2 y i y 2 z i z 2 1 / 2 c i c i
i1,2,3,4
坐标 x、y、z 和 为未知参数，i 为卫星 i 的信号到达接收机所经历的时间。 c 为 GPS 信号的传播速度（光速）。x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。 xi 、 yi 、 zi 为卫星 i 在 t 时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。 i 为卫星 i 的卫星钟钟差，由卫星星历提供。 为接收机的钟差。
位置信息和我们的生活息息相关
位置信息不是单纯的“位置”
•地理位置（空间坐标） •处在该位置的时刻（时间坐标） •处在该位置的对象（身份信息）
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本章内容
1 位置信息
2 定位系统
3 定位技术 4 物联网对定位技术的新挑战 典型的定位系统有哪些？各自有哪些特点？
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现存主流定位系统
•卫星定位：GPS •蜂窝基站定位 •无线室内环境定位 •新兴定位系统：A-GPS，网络定位
– 授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授 时和通信服务以及系统完好性信息。
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GPS典型应用：汽车导航
•最初仅能提供位置和周边地图 •第二代汽车导航系统可根据目的地自动计算“最短”
路线 •互联网时代，汽车导航可从交管部门取得路况咨询，
优化路线，找出“最快”路线
卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统
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GPS典型应用：汽车导航
•物联网时代，感知更透彻
✓综合道路状况，污染指数，天气状况，加油站的 分布，驾驶员的身体状况等各种因素找出“最佳” 路线 ✓由“以路为本”转变到“以人为本”
卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统
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蜂窝基站定位
•GSM蜂窝网络
✓通讯区域被分割成蜂窝小区 ✓每个小区对应一个通讯基站 ✓通讯设备连接小区对应基站进行通讯

卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统
多基站定位法
•三基站，最常用的是ToA/TDoA定位法
✓基于时间的定位 ✓ToA（Time of Arrival）10S ✓TDoA（Time Difference of Arrival）
•二基站，AoA定位法 •AoA（ Angle of Arrival ）
卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统
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GPS：系统结构
•宇宙空间部分
✓24颗工作卫星：6轨道*4星
•地面监控部分（全部在美国境内）
✓1个主控中心（另有1个备用） ✓4个专用地面天线 ✓6个专用监视站
•用户设备部分
✓GPS接收机（天线、处理器、时钟）
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卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统
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GPS：授时原理
，
x i x 2 y i y 2 z i z 2 1 / 2 c i c i
i1,2,3,4
20ns
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GPS：主要优缺点
•优点
✓精度高 ✓全球覆盖，可用于险恶环境
•缺点
✓启动时间长(3-5分钟) ✓室内信号差 ✓需要GPS接收机
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卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统
•利用基站位置已知的条件，可对通讯设备进行定位
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卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统
单基站定位法
•COO定位（Cell of Origin）
✓将移动设备所属基站的位置视为移动设备的位置
✓精度直接取决于基站覆盖的范围
✓基站分布疏松地区，一个基站覆盖范围半径可达
数公里，误差巨大
•优点：简单、快速(2-3S)，适用紧急情况
北斗一号
• 由4颗卫星、中心控制系统、标校系统和各 类用户机组成
• 系统能容纳的用户数为每小时540000户 • 用户终端机工作时要发送无线电信号
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北斗2卫星导航系统
• 2020年完成 • 由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成 • 提供两种服务方式，即开放服务和授权服务
– 开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务 ，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度0． 2米／秒。
GPS：定位原理
卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统
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• GPS：定位原理 • 预备知识
– 在地表室外绝大位置至少有6颗星在视线范围 – 每颗星上装备铯原子钟(140万年误差1秒：
4.4*10^-13/s) – 卫星不断广播信息：每条信息包含信息发出时
刻、卫星在该时刻的坐标、时钟误差
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卫星定位
各国的卫星定位系统
•美国：GPS •俄罗斯：GLONASS •欧盟：伽利略 •中国：北斗一号（区域）、北斗二号（全球）
GPS是目前世界上最常用的卫星导航系统。
卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统
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GPS：发展简史
•1973年，美国国防部开始GPS计划 •1983年，里根承诺将来对民间开放使用 •1989年，正式开始发射GPS工作卫星 •1994年，卫星星座组网完成，投入使用 •2000年，克林顿下令取消军用/民用信号的精度差别对 待（20m/300m)
•特点
✓抵消其中很大一部分的时间误差和多径效应带来的误 差，因而可以大大提高定位的精确度
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AoA定位法
•定位原理
✓基于信号的入射角度进行定位。 ✓根据夹角α1和α2 ，可以画出两条射线L1、L2；L1月L2的交点就是设备的 位置