定位是怎么定位的
2021-05-24
定位根据使用环境分为室外定位和室内定位两种,其中室外定位主要是靠GNSS模块接收GPS/BDS/GLONASS/GALILEO/QZSS/IRNSS等全球卫星定位系统和区域卫星定位系统的卫星信号,并通过NMEA0183协议,模块串口输出位置信息,继而实现定位。
1、GPS定位
GPS定位是最常见的,它信号好、定位精度高、使用范围广,几乎所有需要定位的设备都会优先使用GPS定位。缺点是,不能信号透过金属和钢筋水泥混合物,因而不能在室内如地下停车场、高桥下、密集的楼房下使用。而且GPS在首次启动定位时,搜星速度慢,大约需要2~3分钟,不过现在这个缺陷也得到很好的解决了,很多内置GPS模块的GPS定位的设备都有AGPS或EPO辅助定位功能,帮助在搜星时快速定位位置,一般只需要几秒就搞定了,有的甚至实现秒定定位了。
2、北斗定位
北斗定位,众所周知,北斗是我国全力发展的可以跟GPS定位抗衡的卫星定位方式,定位原理跟GPS是一样的,都是根据天上的卫星来确定当前的位置的。虽然原理都一样吧,但是目前在定位精度、使用范围上还是有一定的差距,现在还是主要用于军事上,民用范围还在大力推广,民用范围定位精度几米到几十米都有,北斗模块的定位芯片价格相较GPS模块要高,在一些偏远山村,偏僻的地方可能会没有信号。
目前GPS卫星定位系统覆盖的是全球范围,能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颗),而北斗现在仅对东南亚实现了全覆盖,计划在2020年左右,建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
室内定位则主要是依靠无线通信技术,比如WiFi技术,蓝牙技术,UWB技术等。
WiFi定位
WiFi定位,WiFi定位其实是室内定位方式的一种,但随着WiFi在室外的大范围覆盖,它也渐渐在室外定位技术上得到很好的应用。wifi定位的原理,这里就不细讲了,技术上的东西说深了其实更难理解,我们只要知道,一般情况下,wifi热点(也就是AP,或者无线路由器)的位置都是固定的,热点只要通电,不管它怎么加密的,都一定会向周围发射信号,只需设备能够扫到wifi,不需要连接wifi,定位端就能把检测到的热点的信息发送给服务器,服务器根据这些信息,查询、运算,就能知道客户端的具体位置了。WiFi定位的精度也是很高的,缺点是客户端必须能上网,而且附近必须有WiFi热点才行,离开大城市,这个功能就很难用到了。
蓝牙定位
蓝牙定位:蓝牙定位基于RSSI(Received Signal Strength Indication,信号场强指示)定位原理。蓝牙室内技术是利用在室内安装的若干个蓝牙局域网接入点,把网络维持成基于多用户的基础网络连接模式,并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网的主设备,然后通过测量信号强度获得用户的位置信息。根据定位端的不同,蓝牙定位方式分为网络侧定位和终端侧定位。
UWB定位
UWB定位:超宽带(UWB)定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。它利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,并利用TDOA定位算法,通过测量出不同基站与移动终端的传输时延差来进行定位。
2024-12-14 广告
地面辅助定位。包括:基站定位、WiFi辅助定位。
GPS是当前应用最广泛的定位系统,是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统,能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。整个系统是由太空的24颗卫星和地面控制部分组成的,卫星分布在6条交点互隔60度的轨道面上,距离地面约20000千米。已经实现单机导航精度约为10米,综合定位的话,精度可达厘米级和毫米级。但民用领域开放的精度约为10米。地球上的GPS设备可以在任何位置任何时间一次性接收到至少4颗卫星的信号。
定位原理:
手机GPS定位需要手机内置GPS模块,该模块只有接收功能,没有发射功能。24颗GPS卫星不断向地球发射着包含时间戳、卫星点位等重要参数的信息,被我们的手机收到后通过算法计算出具体的位置。
AGPS(辅助全球卫星定位系统)
A-GPS技术是一种结合了网络基站信息和GPS信息对移动台进行定位的技术,可以手机移动网络中使用。AGPS的具体工作原理如下所示:
支持AGPS手机首先将本身的基站地址通过网络传输到位置服务器;
位置服务器根据该手机的大概位置传输与该位置相关的GPS辅助信息(包含GPS的星历和方位俯仰角等)到手机;
该手机的AGPS模块根据辅助信息(以提升GPS信号的第一锁定时间TTFF能力)接收GPS原始信号;
手机在接收到GPS原始信号后解调信号,计算手机到卫星的伪距(伪距为受各种GPS误差影响的距离),并将有关信息通过网络传输到位置服务器;
位置服务器根据传来的GPS伪距信息和来自其他定位设备(如差分GPS基准站等)的辅助信息完成对GPS信息的处理,并估算该手机的位置;
位置服务器将该手机的位置通过网络传输到定位网关或应用平台。
AGPS解决方案的优势主要在其定位精度上,在室外等空旷地区,其精度在正常的GPS工作环境下,可达10米左右。该技术还有一个优点是:首次捕获GPS信号的时间一般仅需几秒,不像GPS的首次捕获时间可能要2~3分钟左右。
GLONASS(格洛纳斯)
全球导航卫星系统(GLONASS)是由苏联(现俄罗斯)国防部独立研制和控制的第二代军用卫星导航系统,到2009年,其服务范围已经拓展到全球。该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。定位原理与美国的GPS相似。
BDS(中国北斗)
中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,是继GPS、GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。定位原理与GPS相似,目前精度略低于GPS。
基站定位又叫做移动位置服务(LBS——Location Based Service),它是通过电信运营商的网络(如2G、4G网络)根据基站地理分布大数据和相应的算法计算出用户的位置信息(经纬度、坐标)。
手机基站定位的大致原理为:基站位置是固定的,运营商建立基站时可以依据专业地图数据确定基站坐标。手机终端通过测量不同基站的下行导频信号,得到不同基站下行导频的TOA(Time of Arrival,到达时刻)或TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差),根据该测量结果并结合基站的分布坐标,一般采用三角公式估计算法,就能够计算出移动电话的位置。实际的位置估计算法需要考虑多基站(3个或3个以上)定位的情况,因此算法要复杂很多。一般而言,基站数目越多,测量精度越高,定位性能改善越明显。
WIFI定位
Wi-Fi定位的三个步骤:
第一步:数据采集与制备,通过主动采集和用户手机静默上传获取每个WiFi热点的位置信息
这时不管你的手机有没有连接 Wi-Fi,手机都会扫描附近存在的Wi-Fi信号,如果扫描出某个Wi-Fi信号,那么手机系统就可以知道WiFi的BSSID(MAC 地址),也就是这个Wi-Fi在地球上唯一的名字。
此刻如果手机打开 GPS 定位,那么在采集方的数据库里就会添加一条数据,【BSSID、(X1,Y1)】,其中(X1,Y1)正是GPS 定位得到的坐标。但是(X1,Y1)并不是 WiFi的位置,而是手机的位置,因为手机实际离WiFi存在一定的距离。为了能够获取更精确的WiFi 位置坐标,此WiFi会被大量的手机扫描到,并重复采集。如果此WiFi被采集了 N 次,那么在数据库里,实际的WiFi信息应该是【BSSID、(X1,Y1),(X2,Y2)...(Xn,Yn)】,而WiFi被采集的次数越多,通过算法计算出的WiFi 位置就越精准。
第二步:确定移动设备与热点的距离
Wi-Fi信号是电磁波,其信号强度会随着传播距离的增加而衰减。当手机连接上某一 Wi-Fi时,手机的系统会记录手机能够捕获的 Wi-Fi信号强度-RSSI。既然 Wi-Fi信号会随着距离衰减,那么通过RSSI=a+b*log(d)的理想化模型便可以计算出手机距离路由器的长度 d。当理想化模型终究是理想化模型,无线信号因为干扰、反射等等原因,我们计算出的距离其实并不太准确。