基于无线网络的定位系统的设计与实现

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1、第1章引言第1章引言1.1无线定位技术概述定位是一项古老而又年轻的技术，通常是指确定某个物体在某一坐标体系中的位置。无线通信则是源于1897年Marconi完成的英格兰海峡两岸通信，自20世纪70年代由于晶体射频电路的迅速发展，无线通信得到迅猛发展，目前无线通信以不再局限于语音通信，还包括各种数据信息服务，其中无线定位技[1、2]术就是其一，且已成为无线通信的热点之一。无线定位是指利用无线通信资源，通过对测量和估计定位信号的各种参数，借助一定的定位算法，确定被测目标在某一坐标系中的位置。无线定位的研

2、究始于20世纪60年代的自动车辆定位系统，随后在公交，物流，畜牧，监狱等领域内得到了广泛的应用。后来，随着人们对基于位置信息服务的需求的增多，无线定位技术得到更多的研究。全球定位系统的出现更是使无线定位技术产生了质的飞跃。[3]无线定位分为卫星无线定位和地面无线定位。其中卫星无线定位是利用GPS卫星，伽利略卫星，GLONASS卫星，北斗双星等卫星系统的多个卫星实现被测目标的三维定位。地面无线定位则通过测量无线电波从被测目标到基站的到达时间，时间差，信号场强等参数来实施被测目标的二维定位，地面无线定位

3、又分为：基于公共移动通信系统的定位系统，基于传感器的专用定位系统和基于无线网络的定位系统。无线定位的实现方法有：与距离相关（Range-base）的定位方法和与距离无关（Range-free）的定位方法。其中与距离有关的定位方法的实现一般分为两个阶段：信号参数的测量与估计阶段和定位算法的实现阶段。无线定位中，首先基站从接收到的被测目标发出的信号中测量和估计相关信号参数，如TOA，TDOA，AOA，RSSI等。然后再利用相应的定位算法如三角定位，三边定位等求解被测目标的位置。1.2无线定位技术的发展及

4、现状[4]无线定位最早出现在20世纪60年代的自动车辆定位（AVL）系统。之后在越战中美国国防部启动了全球定位系统（GPS）。1990年海湾战争中，一些私营企业也获准接收GPS卫星信号，使得定位服务开始了商业化进程。1996年，蜂窝电话方兴未艾，美国联邦通信委员会（FCC）发布E-911（Emergency1成都理工大学硕士学位论文call911）定位标准，要求服务提供商能够在紧急情况下给无线用户提供位置服务，这使得无线定位技术得到了深入研究和广泛发展，并引起了商界对无线定位技术的兴趣。同时作为对卫

5、星定位系统和移动台定位系统的补充，基于传感器和无线网络的无线定位技术也得到了迅速的发展和深入的研究，国内外已经实现了各种定位跟踪系统，如微软研发中心的Radar原型系统，Harvard大学的MoteTrack系统，Rutegers大学的Bayesian定位系统等。他们各自有不同的优点，其中有的系统已经实现了商业化。在无线定位中使用的通信方式和通信媒介也越来越广泛，从起初的声波，超声波，红外线，射频等通信媒介，到现在又增加了蓝牙，wifi，rfid,超宽带，wiMax和Zigbee等等通信媒介及通信方

6、式。在无线定位中，还出现了很多与距离无关（Range-free）的定位算法，即不需要完成距离相关定位中第一阶段中的测距或测角工作，而是利用各个被测目标之间的相互估计距离计算被测目标的位置，如SouthCalifornia大学提出的质心算法，Berkeley大学提出的凸规划定位算法，California大学提出的Cooperativeranging算法等，虽然这类测距技术定位精度低，但其对硬件的要求不高，在成本和功耗方面具有优势，也能满足一定领域的要求。近些年来，通信，电子，信号处理，计算机等领域的发

7、展大大促进了各通信公司，通信运行商，科研院所等机构对无线定位技术的研究，尤其是在定位方法和技术，定位算法，TDOA，TOA等检测技术等方面的研究。这也使得无线定位技术得到了广泛的应用，除了紧急救助的需要外，无线定位服务也具有广阔的商业用途，如：无线导航，交通疏导，人员定位及管理，物流跟踪，森林火灾报警等。1.3基于无线网络的无线定位技术及其发展无线网络（WirelessNetworks），是现代计算机网络和无线通信技术相结合的产物，是十分方便的数据传输系统，它在局部区域内使用无线媒介在无线介质中依照

8、一定的通信协议传播数据。其具体组成有：终端，服务区，无线媒介，无线介质，接入点。无线网络的应用之一是定位服务。基于无线网络的定位是指在由终端和接入点组成的无线网络中，利用终端传出的信号，计算出终端在服务区中的位置，也称为上行链路定位。其定位过程是由多个接入点同时检测终端发出的信号，并对该信号携带的与终端相关的特征信号参数进行测量和估计，并把这些信息发送到网络中带有位置计算功能的定位信息中心进行处理，由定位信息中心计算出终端的位置。本文设计实现的定位系统属于地面无线定位