物联网定位系统.ppt

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1、定位系统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。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？本章内容为什么需要定位？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：Foursquare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）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？本章内容现存主流定位系统卫星定位：GPS蜂窝基站定位无线

2、室内环境定位新兴定位系统：A-GPS，网络定位卫星定位卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统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。GPS：发展简史卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统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)GPS：系统结构卫星定位蜂窝基

3、站定位无线室内环境定位新兴定位系统宇宙空间部分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）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，GPS：定位原理，GPS：授时原理20nsGPS：主要优缺点卫星定位蜂窝基站定位无线室

4、内环境定位新兴定位系统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。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。GPS典型应用：汽车导航

5、卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统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GPS典型应用：汽车导航卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统物联网时代，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”蜂窝基站定位卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统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

6、讯利用基站位置已知的条件，可对通讯设备进行定位单基站定位法卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统COO定位（CellofOrigin）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)，适用紧急情况多基站定位法卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统三基站，最常用的是ToA/TDoA定位法基于时间的定位ToA（TimeofArrival）10STDoA（TimeDifferenceofArrival）二基站，AoA定位法AoA（Angl

7、eofArrival）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）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。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

8、设备的位置特点需要定向天线阵列蜂窝基站定位：主要优缺