无线定位技术分析论文_马园园 汪国强*

无线定位技术分析论文_马园园 汪国强*

(黑龙江大学,黑龙江 哈尔滨 150000)

摘要:无线定位技术目前应用于多个技术领域,在物联网、军事通信以及社交网络方面都有着广泛的应用。随着技术的高速发展,网络的接入点遍布于大型商厦、咖啡馆、学校、大型医院、公交站、地铁站等场所,通过网络进行定位,可以弥补全球卫星定位系统在建筑密集区或者室内应用的限制,扩大定位服务的应用行业和领域的同时,很大程度上能提高定位精准度。

关键词:无线WIFI定位;手机定位;定位系统

1.前言

随着经济的发展和人民生活水平的不断提高,也造就了定位服务的需求量大幅提升。全球定位服务的主要分布在北美、亚太以及欧洲三大市场,其中以亚太地区市场的发展最早也最快。定位系统的应用也遍布各个领域,军事,医疗救援等,与我们的生活联系密切。

2.定位技术

定位技术指在某确定环境下某一时刻待定位移动终端在某种参考坐标系中的具体位置。

目前定位技术主要有:1)手机基站网络定位2)无线WIFI定位;3)蓝牙定位;4)RFID技术定位;5)超宽带(Ultra Wide Band,UWB)技术定位。

2.1 手机基站网络定位

通过基站网络检测的户外定位相对成本低,成熟,但精度不高。通过蜂窝网络和基站交换数据,实现和别的手机的通信。考虑双方通信的距离和现实基站的放置密度,每一个手机都可能被覆盖于多个基站,若能得到每个基站对手机的检测数据,通过数据分析,就可大致估算初当前手机的位置。在这里,数据分析是最关键的技术。

1.利用电磁波测定用户与基站之间距离的系统称为“电磁波测距系统”,采用这种系统的技术分为:1)场强定位技术和2)TOA定位技术。

2.用电磁波测定用户到两基站的距离差的系统称为“测距差系统”,采用这种系统的技术为到达时间差(Time Difference Of Arrival,TDOA)方法。

3.用电磁波测定用户到基站角度的系统被称为“测角系统”,基于信号到达角度(Angle of Arrival,AOA)是一种典型的测角系统,AOA 方法是通过基站接收机天线阵列测出移动台发射电波的入射角,从而构成一根从接收机到移动台的径向连线,即方位线。利用多个接收机提供的 AOA 测量值,按 AOA 定位算法确定多条方位线的交点,即为待定位移动台的估计位置。

4. 结合了测距系统的位置线与测角系统的径向线的系统称为“测距测角系统”,只要一个基站就可以定出用户的位置,可以省去两个以上基站相互间联系同步的麻烦。因为它以极坐标形式显示目标位置,故又叫“极坐标系统”。

2.2无线WIFI定位

在无线局域网中,无线接入点(Access Point,AP)以一定的频率向周围发送射频信号,向移动终端告知自己的存在并通知相关信息。终端通过定期的扫描在获取了周围无线网络中来自不同的接收信号强度、信噪比等相关信息后,可根据能获取的数据选择最合适的策略和信号最强最稳定的来建立连接。无线局域网的定位技术正是运用无线局域网终端和间射频信号特征来进行定位。

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定位方法主要有:1)基于传播过程的定位方法;2)基于电波传播时间差的定位方法;3)基于到达角度的定位方法;4)基于接收信号强度的定位方法。

2.3蓝牙定位

仅适用于室内定位。原理和基站定位以及Wifi定位都比较像。蓝牙是一种低功耗的无线传输技术,工作在通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段,传输距离较短,约为10-15m,数据速率为 1Mb/s,使用 IEEE802.15协议,并通过时分双工传输方案实现全双工传输。通过在室内安装蓝牙局域网接入点,把网络配置成多用户的基础网络连接模式,就可以获得用户的位置信息,实现定位目的。

2.4 RFID技术定位

射频识别技术 RFID(Radio Frequency Identification)利用无线射频空间耦合(交变磁场或电磁场)方式进行非接触双向数据通信,识别工作无需人工干预即可完成信息的输入和处理并实现对目标的识别。RFID 技术能耗低,可工作于各种恶劣环境下,能够广泛应用于生产、运输、医疗、交通、防伪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域。凭借其非接触、非视距、短时延、高精度、传输范围大和成本低的优点RFID技术已逐渐成为优选的室内定位技术。

2.5超宽带(Ultra Wide Band,UWB)技术定位

超宽带脉冲波不需要使用传统通信体制中的载波,而是采用功率频谱密度极低和脉冲宽度极窄的基带脉冲来传递信息。由于发送和接收的是具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲,UWB接受信号具有较高的时间分辨率,非常适用于高速率短距离的无线通信。

3.应用与前景

移动定位技术有着广阔的应用前景,从商业服务角度来说.它主要可以分为个人定位应用和企业级定位应用。个人定位应用通常是指面向移动台用户提供定位服务,主要包括基于位置的信息查询和发布、导购导游导航以及弱势群体监护和救助。企业级应用则是一种面向集团手机或专用终端客户提供定位服务,如交通监控和车辆调度、防盗保安、基于位置差别收费和欺诈管理等。

4.结语

目前,各种定位系统在精度、成本、复杂度、适应范围等方面各有其优缺点。所以在日常生活中还是需要根据需求选择最佳定位系统。另外随着人们对公共安全和紧急救援日益增长的需求,对蜂窝网络无线定位技术研究的不断深入,基于现有移动通信系统的无线定位的性能有了很大提高,现有部分商用移动台定位系统已经能够提供约40米的定位精度,并且这一数据还将被逐步刷新。

参考文献

[1]王视环. 混合无线定位技术的应用研究[J]. 信息化研究,2010,03:43-45+48.

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[3]王斌,王春毅. WiFi无线通信定位技术在露天矿中应用研究[J]. 金属矿山,2011,07:123-126+134.

[4]Quan LIU,Ping REN,Zude ZHOU. Three-dimensional Accurate Positioning Algorithm based on Wireless Sensor Networks[J]. Journal of Computers,2011,612.

作者简介:马园园(1993年9月—),女,唐山市人,哈尔滨市南岗区黑龙江大学电子与通信工程专业2017级在读硕士,研究方向为信息处理与信号检测。

*汪国强(1963年9月—),男,黑龙江省哈尔滨市人,黑龙江大学电子工程学院副院长,在职教授,研究方向为数字图像处理、智能视频监控等。

论文作者:马园园 汪国强*

论文发表刊物:《知识-力量》2018年8月上

论文发表时间:2018/7/23

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