无线定位技术和系统

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1、无线定位技术和系统近些年，无线技术得到迅猛发展，无线技术被广泛应用在个人消费电子以及医疗、工业、公共安全、后勤供应和交通运输等领域。在无线联接大量竹•及的今天，无线网络中对某些物体的粘确定位成为一些应用系统的迫切需求。定位系统分为室闪定位(IndoorPositioning)和室外定位(OutdoorPositioning)两种基木类型，室外定位可以使用GPS或类似系纟充，如我国推出的北斗系统，技术比较成熟，实施也较为简单，可以实现相对定位精度要求不高的应用。室内定位技术还没有公认的、比较成熟的系统，许多技术理论还在研究和验证中，商业应用系统也不多见，但许多机构正

2、在投入大量的资源进行这方面的研允。不同的应用可能需要不同的定位信总，在这里，我们主要讨论室内定位技术，包括物理定位、符号定位、绝对定位和相对定位等概念。物理定位以一个点的坐标形式标注在二维或三维地阁中。更常用的系统是以角度的度、分、秒(DMS-degree/minutes/seconds)标注的通用横轴墨卡托(UTM-universaltransversemercator)系统。符号定位系统以自然语言标注位置，如在楼房的三层卧室等来描述位置。绝对定位系统屮，所有的被定位物体共亨一个标准的标志定位体系，如地球的经度、维度和海拔坐标，而相对定位系统则只需标明被定位点与

3、基淮参考点的相对位置(角度)坐标。无线定位技术通常按定位参数测量方式不同进行分类，可分为对无线信号传输时间的测量來定位(TOF-TimeOfFlight)的传输时间定位法；对信号來源角度测量进行定位的角度测量法和对信号强度测量来进行定位的信号强度测量发等。一个无线定位系统至少包含一个信号发射装置和一个信号接受装置，一般在接受装置屮进行定位的测最或计算。定位系统有四种拓扑结构，一是把收集到的定位信号集中传输到中心处理站，进行集中数据处理，然后得出每个点的定位信息，这个系统称为集中定位系统：二是移动定位节点接受定位信号数据后自行处理并得出本节点的定位信息，这称为移动节

4、点直接自定位系统；三是固定节点接受移动节点的信号，并计算其位置坐并把坐信息发回给移动节点，这称为间接移动定位系统；四是移动节点的信息传递给移动定位装置，由定位装置计算后传回给移动定位节点，这也是一种间接自定位系统。1、测量原则和定位计算无线电或(其它无线传播信号)在室内的传播不容易使用一个简单的计算模型来描述，这是因为在室内的环境屮，视距测:W:(LOS：line-of-sight即视线无阻挡的测量方式)往往很难实现，大部分情况下视线被阻挡，发出的测量线号可能经过各种反射或折射后冰能到达接收点,其间可能要穿过墙壁、地板等各种阻挡物，还可能有各种移动物体的干扰等。因

5、此，到目前为之，还没冇一个完美的数学模型來完成室内无线测距的计算。现在一般采用传统的三角计算再辅助一些其它的测S和计算技术来补偿计算的误差。(1)三角测景计算三角测量是利用三角的几何属性来估兑目标点的位置坐标，这主要是测量被定位点与基准点的距离和角度。距离测量利用测量点与多个已知点的之间的距离来佔党位置坐标，所以也称为氾围测量。在室内定位系统中，往往不直接使用接收信号强後(RSS—receivedsignalstrengths)来直接计算距离，一般采用信号传播时间(TOA-timeofarrival)或信号到达时间差(TDOA—timedifferenceofar

6、rival)等参数来间接计算距离。在一些系统屮，也有使用信号的往返时间(RTOF：Roundtriptimeofflight)或信号的相位来估兑距离。角度测量方法是测量数个已知点与被测量点的相对角度来推算被测量点的位置坐标。A/RiB阁1.使川TOA/RTOF/f法测萤二维空间坐标1)范闹测量a)TOA方法自被测量的物体到基准点的距离与信号传播的时间成正比。为了得到一个点在二维空间的哗标，使用TOA方法我们至少要从三个基准点获取测量参数，如图1所示。在TOA系统中，一般使用单向传播时1X1来计算两点之间的距离，使用这种方式会遇到两个问题：其一是所有的信号发射节点和

7、信号接收节点的时间必须很好地冋步；其二是在发射的信号中必须携带时间戳，以便接受节点解读信号传播的时间。在TOA测最屮可以使用直接序列扩频信号(DSSS-directsequencespread-spectrum)或者超宽频信号(UWB—ultrawideband)。冃标定位节点的位置也可以使用最小二乘法的非线性函数进行计算。假设被定位的移动节点的坐标是(x()，y())，在t()吋间俾递出一个信号，N个基准参照点(X

8、，y,)，(x2，y2)(xn,yn)在^，t2……^时间接收到这个信号，计算方程可以表示为：N2=1(式1)这里0U表示第i个基准节点的所接收信号

9、可靠的度，