定位资料收集

1、定位技术手机定位是指通过特定的定位技术来获取移动终端用户的位置信息（经纬度坐标），在电子地图上标出被定位对象的位置的技术。定位技术主要有两种，一种是基于GPS/北斗等系统的定位，一种是基于系统网络基站的定位。基于GPS/北斗等系统的定位方式是利用移动终端上的GPS/北斗定位模块将自己的位置信号发送到定位后台来实现手机定位的。基站定位则是利用基站对移动终端的距离的测算距离来确定手机位置的。后者不需要终端设备具有GPS/北斗定位能力，但是精度很大程度依赖于基站的分布及覆盖范围的大小。相比之下，前者定位精度较高。一、卫星定位技术目前，世界上的卫星导航定位系统有以下几个：l GPS（Global Po

2、sition System,全球定位系统），GPS是一个由美国国防部开发的空基全天侯导航系统，它用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求；l GLONASS（全球轨道导航卫星系统），该系统是由前苏联开发的；l Galileo-ENSS（欧洲导航卫星系统，即伽利略计划），该系统是由欧盟开发的；l 北斗导航系统，是我们中国自主研发的导航系统。基于卫星系统的定位方式是利用移动终端上的定位模块将自己的位置信号发送到定位后台来实现手机定位的。以下主要介绍1、GPS定位GPS定位已经是非常成熟的军事或商用技术。2、北斗定位2011年7月27日，随着第9颗二代卫星的升

3、空，我国的北斗定位系统已经初具规模。目前，北斗区域卫星导航系统的基本系统已建设完成，正在抓紧开展星地联调和测试评估工作，经初步测试系统运行良好，将于今年年底前为我国及周边大部分地区初步提供连续无源定位、导航和授时以及短报文通信服务，满足交通运输、渔业、林业、气象、电信、水利、测绘等行业以及大众用户的应用需求。按照“三步走”的发展战略，明年年底前，我国还将陆续发射多颗组网导航卫星，不断提升系统服务性能，扩大覆盖区域，完成北斗区域卫星导航系统建设。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用

4、户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端北斗卫星导航系统将向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。二、基站定位技术基站定位可非分几类，具体如下：1、COO单基站定位COO（Cell of Origin）定位，即单基站定位，这是最简单的基站定位方法，即根据终端当前连接的基站的位置来确定终端的位置。移动终端用户测量基站下行导频的TOA（Time of A

5、rrival，到达时刻），根据该测量结果并结合基站的坐标得到终端自己的大概位置信息。如果在基站端搭配定向天线或者智能天线阵列，能够测量出相对基站的方向性，则能大幅提高定位精度。2、AOA定位AOA(Angle of Arrival，到达角度)定位是一种两基站定位方法，基于信号的入射角度进行定位。图1 AOA双基站定位方法如图1所示，在已知基站1和基站2的位置信息的情况下，知道了基站1到终端之间连线与基准方向的夹角1，就可以画出一条波达角射线L1；同样知道了知道了基站2到终端之间连线与基准方向的夹角2，就可以画出一条波达角射线L2。那么L1与L2的交点就是终端的位置。这就是AOA定位的基本数学原

6、理。为了测量电磁波的入射角度，接收机必须配备方向性强的天线阵列。得到两个或两个以上较为准确的波达角后，即可对两维目标位置进行估计。在原理上，AOA定位通过两直线相交确定位置，不可能有多个交点，避免了定位的模糊性。但是实际中由于噪声的存在，两个以上波达角方位线通常不会相交于一点。这时就需要定位算法找出最为合理的位置估计。对AOA的估计依靠阵列信号处理得到，其中最直接的方法是相位干涉法。即直接测量各个天线单元信号的相位差，转化为对AOA的估计。这种方法在高信噪比的情况下有效，但对多径传播等相干干扰无效。另一种简单的方法是用波束形成的方法，即快速调整各单元输出因子，相当于调整阵列的主波束扫过感兴趣的

7、区域，并测量阵列的合并输出，以确定波达角。主波束宽度与阵列的物理尺寸有关，阵列越大，形成的波束越窄，角度分辨力越高。另外，定位的准确度也与到目标的距离有着很大关联。在距离较远的情况下，很小的角度误差会导致很大的定位误差，可谓“差之毫厘，失之千里”。这种现象称之为GDOP(geometric dilution of precision)效应。3、TOA/TDOA定位TOA(Time of Arrival，到达时间)、TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差)都是基于电波传播时间的定位方法。同时也都是多基站定位方法，二者的定位都需要同时有至少三个位置已知的基站合作

8、才能进行。移动终端用户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），根据该测量结果并结合基站的坐标，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，移动台测量的基站数目越多，测量精度越高，定位性能改善越明显。图2 TOA多基站定位方法如图2所示,TOA/TDOA定位方法都是通过三对Positioni,Ti（i=1,2,3）来确定设备的位置Location。二者的不同只是GetLocation()函数的具体算法上的不同。TOA电波到达时间定位基

9、本原理是得到Ti(i=1,2,3)后，由Ti*c得到设备到基站i之间的距离Ri，然后根据几何知识建立方程组并求解，从而求得Location值。如图3所示。图3 TOA定位原理由于图中距离的计算完全依赖于时间，因此TOA算法对系统的时间同步要求很高，任何很小的时间误差都会被放大很多倍，同时由于多径效应的影响又会带来很大的误差，因而单纯的TOA在实际中应用很少。TDOA电波到达时间差定位是对TOA定位的改进。波达时间差(TDOA)是指目标发出的电磁波信号被一组观测站所接收，它们所得到的波达时间的差异。由于有着传播时间相减的过程，不需要被测移动站(Ms)与观测基站(Bs)之间时间同步，仅需要多个观测

10、基站(BS)之间时间同步。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，然后通过一些巧妙的数学算法建立方程组并求解，从而得到Location值。如图4所示。图4 TDOA算法示意图TDOA描述的目标移动站的可能位置，是目标到两个观测基站恒定时间差所能形成的双曲线。多组TDOA能够提供多组双曲线的交点，从而定出目标的位置。同样，在实际情况下，交点不会完全重合，这就有了定位算法中的最优估计问题。TDOA由于其中巧妙设计的求差过程会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。从GDOP的角度考虑，目标在观察站之间的

11、连线上时TDOA定位精度最好。由于TDOA对网络要求相对较低，并且精度较高。而且相对而言，观测基站之间时间同步要比被测移动站与观测基站之间时间同步容易许多，因此在基于网络的定位系统中，TDOA的应用较广泛。测量波达时间(TOA)和测量波达时间差(TDOA)都是靠测量信号传播时间来定位的方法，测时的准确度直接影响定位准确度。表1 误差量级测量误差量级时间误差距离误差1ns0.3m1us300m0.1us30m5、基于场强的定位该方法是通过测出接收到的信号场强和已知的信道衰落模型及发射信号的场强值估计收发信短的距离，根据多个三个距离值就可以得到设备的位置。从数学模型上看，和TOA算法类似，只是获取

12、距离的方式不同。场强算法虽然简单，但是由于多径效应的影响，定位精度较差。6、基于多普勒频率的定位其它的定位方式还有测量多普勒频率用于定位的方法。这种方法有局限性，比如说必须保持观测者与目标之间的相对径向运动，才能测出多普勒频率。希望被测信号是窄带信号，最好是纯正弦波。这种方法的优点在于测频率非常容易，而且精确度可以做到很高。所以这种方法常与其它定位参数测量方法一起使用，用于对机动目标定位。四、现有实现定位的技术1、核心芯片北京东方联星科技有限公司自主设计开发的OTrack-32 三系统兼容卫星导航接收机芯片，同时接收北斗二号、GLONASS、GPS导航卫星信号，实现多系统联合导航定位、测速、定

13、时。OTrack-32芯片实现了当今世界上最快速的1秒热启动、国际最短的35秒冷启动、稳定的1秒重捕获；高达每秒20次的真值定位；定位精度5米；差分定位精度0.5米；高可靠、抗干扰；适应恶劣环境；通过了严格的地面测试和多种载体动态试验。OTrack-32芯片的批量生产，为导航、测量、授时等专业导航领域提供了完全国产化的高性能核心器件。图5 OTrack-32芯片外观表2 OTrack-32芯片技术指标型号OTrack-32芯片特点接收频率GPS L1/GLONASS L1/BD2 B1 B21. 当今最快速的1秒热启动；2. 最短的35秒冷启动；3. 稳定的1秒重捕获；4. 高达每秒20次的真

14、值定位；5. 独特的三系统兼容(BGG)；6. 灵活的外部事件输入；7. 丰富的原始数据输出；8. 定位精度5米；9. 差分定位精度0.5米；10. 高可靠、抗干扰；通道数双32通道重捕获时间<1秒热启动时间1秒温启动时间30秒冷启动时间35秒单点定位精度5米（CEP95）差分定位精度0.5米测速精度0.1米/秒1PPS±100纳秒定位更新率1Hz、5Hz、10Hz、20Hz加工工艺0.18微米 CMOS封装和管脚QFN88供电1.8VDC内核，1.8至3.3VDC I/O功耗90毫瓦（50mA1.8VDC）尺寸10.0x10.0x0.8毫米重量0.25克工作温度-40oC +

15、85oC此外，该公司还有一块NavCore-S单系统卫星导航芯片是东方联星公司基于自主技术研发的高性能卫星导航芯片，拥有独立的知识产权。NavCore-S能够选择接收BD、GPS或GLONASS导航卫星信号，实现精确的三维定位、三维测速、精确授时。2、SOCNebulas芯片支持全部现有卫星导航系统（北斗1 S/L、北斗2 B1/ B2/B3、GPS L1/L2/L5、GLONASS L1/L2 和GALILEO E1/E5a/E5b）及上述系统的所有频点，在一颗芯片上可同时支持高达6路不同频率的卫星信号，是国内第一颗多系统多频率高性能SoC，也是世界上第一颗支持全部现有GNSS的芯片。和芯星

16、通的设计团队在Nebulas芯片上创造性地设计了统一的可配置的GNSS基带硬件架构，使相同的硬件单元可处理来自不同系统的信号，真正实现了多系统融合。此外，Nebulas芯片通过内嵌CPU实现了算法功能一体化，达到了单芯片可以自主定位的目的，而且不同系统的任意四颗星均可联合定位。Nebulas芯片支持接收机自主完好性检测，使得位置信息的安全性和可靠性得到了充分保障。主要特性型号Nebulas-UC260系统处理能力内置200+MHz处理器，支持单芯片接收机解决方案通道数192个通道接收频率支持北斗1、北斗2B1/B2/B3，GPS L1/L2/L5、GLONASS L1/L2 和GALILEO

17、E1/E5a/E5b等频点，单颗芯片支持6个独立频点输入卫星系统自主完好性检测（RAIM）定位数据输出NMEA0183（可根据用户要求输出制定格式）系统支持外设接口UARTx4，SPIx3，I2C，GPIOs，SIM，USB自主定位2m RMSSBAS1m RMSDGPS 精度0.45 RMS原始载波相位观测值1mm RMS数据更新率1Hz-100Hz1PPS输出20ns工艺90nm工艺，低功耗设计工作温度-40°C85°C五、结束语纵观现有民用定位技术应用中，GPS定位、GSM蜂窝基站定位、AGPS定位是目前最流行的三种定位方式。AGPS定位基于GPS，却又借助蜂窝网络避

18、免了GPS定位的两大软肋，无疑是最具竞争力的一种定位方案。由此可见，要发展具有自主知识产权且具备核心竞争力的定位技术，较值得参考的一种可行方式是采用北斗和基站定位结合的方式。实现的方法有多种，往往选择多种方法的组合来实现更高的精度位置服务已经成为越来越热的一门技术，也将成为以后所有移动设备（智能手机、掌上电脑等）的标配。随着人们对BLS(Based Location Serices，基于位置的服务)需求的飞速增长，无线定位技术也越来越得到重视。AGPS（Assisted GPS，A-GPS，网络辅助GPS）定位技术结合了GPS定位和蜂窝基站定位的优势，借助蜂窝网络的数据传输功能，可以达到很高的

19、定位精度和很快的定位速度，在移动设备尤其是手机中被越来越广泛的使用。本文以GSM网络辅助GPS定位为例对AGPS的定位原理进行简单介绍。AGPS定位基本机制根据定位媒介来分，定位技术基本包含基于GPS的定位和基于蜂窝基站的定位两类（阅读本文前，建议先阅读GPS定位基本原理浅析和GSM蜂窝基站定位基本原理浅析两篇文章）。GPS定位以其高精度得到更多的关注，但是其弱点也很明显：一是硬件初始化（首次搜索卫星）时间较长，需要几分钟至十几分钟；二是GPS卫星信号穿透力若，容易受到建筑物、树木等的阻挡而影响定位精度。AGPS定位技术通过网络的辅助，成功的解决或缓解了这两个问题。对于辅助网络，有多种可能性，

20、以GSM蜂窝网络为例，一般是通过GPRS网络进行辅助。如上图所示，直接通过GPS信号从GPS获取定位所需的信息，这是传统GPS定位的基本机制。AGPS中，通过蜂窝基站的辅助来解决或缓解上文提到的两个问题：对于第一个问题，首次搜星慢的问题，根据GPS定位基本原理浅析一文的介绍，我们知道是因为GPS卫星接收器需要进行全频段搜索以寻找GPS卫星而导致的。在AGPS中，通过从蜂窝网络下载当前地区的可用卫星信息（包含当地区可用的卫星频段、方位、仰角等信息），从而避免了全频段大范围搜索，使首次搜星速度大大提高，时间由原来的几分钟减小到几秒钟。对于第二个问题，GPS卫星信号易受干扰的问题，这是由GPS卫星信

21、号本身的性质决定的，我们无法改变。但是APGS中，通过蜂窝基站参考GPS的辅助，或是借助GSM定位中Cell-ID定位（COO定位）方法的辅助，缓解了在GPS信号不良的情况下定位的问题，有效提高了在此情况下的定位精度。AGPS定位基本流程 1.搜索卫星AGPS定位仍然是基于GPS的，因此定位的首要步骤还是先搜索到当前地区的可用GPS卫星。在传统GPS定位中需要全频段搜索以找到可用卫星因而耗时较长，而AGPS通过网络直接下载当前地区的可用卫星信息，从而提高了搜星速度。同时，也减小了设备的电量消耗。如上图所示,AGPS中从定位启动到GPS接收器找到可用卫星的基本流程如下：（1）设备从蜂窝

22、基站获取到当前所在的小区位置（即一次COO定位）（2）设备通过蜂窝网络将当前蜂窝小区位置传送给网络中的AGPS位置服务器（3）APGS位置服务器根据当前小区位置查询该区域当前可用的卫星信息（包括卫星的频段、方位、仰角等相关信息），并返回给设备（4）GPS接收器根据得到的可用卫星信息，可以快速找到当前可用的GPS卫星至此，GPS接收器已经可正常接收GPS信号，GPS初始化过程结束。AGPS对定位速度的提高就主要体现在此过程中。2.计算位置GPS接收器一旦找到四颗以上的可用卫星，就可以开始接收卫星信号实现定位。接下来的过程根据位置计算所在端的不同，通常有两种方案：在移动设备端进行计算的MS-Bas

23、ed方式和在网络端进行计算的MS-Assisted方式。MS-Based方式中，接下来过程与传统GPS定位完全相同，GPS接收器接收原始GPS信号，解调并进行一定处理，根据处理后的信息进行位置计算，得到最终的位置坐标。MS-Assisted方式中，解调并处理后，接下来的过程如下图所示:（5）设备将处理后的GPS信息（伪距信息）通过蜂窝网络传输给AGPS位置服务器（6）AGPS服务器根据伪距信息，并结合其他途径（蜂窝基站定位、参考GPS定位等）得到的辅助定位信息，计算出最终的位置坐标，返回给设备。在此过程中可以看到，在使用MS-Assisted方式时，由于辅助定位信息的加入，可以取得更高的定位精

24、度；同时，可以很大程度上克服弱GPS信号情况下的无法定位或精度降低的问题；将复杂计算转移到网络端，也可以很大程度上减小设备的电量消耗。AGPS定位优劣分析与传统GPS定位相比，APGS定位有如下的优势：· 首次搜星速度快 · 有效减少设备的电量消耗 对于采用MS-Assisted方式的AGPS系统而言，除了以上优势外，还有：· 定位精度更高 · 缓解弱GPS信号情况下无法定位或精度降低的问题 · 对移动设备的计算能力要求更低 当然，AGPS也有一定的限制：· 必须有蜂窝网络（GRRS/EDGE/CDMA等）的支持用以数据传输，对一般用

25、户而言可能需要为此支付一定的数据流量费用 · 必须有AGPS位置服务器的支持 · 与GPS一样，仍无法完美解决室内（室内无法接收GPS信号）定位的问题 AGPS定位技术的实际应用情况因为AGPS需要网络支持，因此目前使用该技术的大部分设备为手机。1.目前大部分支持AGPS的手机采用一种纯软件的AGPS方案。该方案基于MS-Based位置计算方式。具体的方案为：定期下载星历数据到手机中，手机中的AGPS软件会根据星历信息计算出当前位置的可用卫星信息，从而提供给设备用于快速搜星。用户可以选择通过WiFi、固网等免费网络定期更新星历数据，从而避免使用蜂窝网络产生的数据流量费用。当然，由于星历信息可能存在延迟，因此搜星时速度可能有所下降，但是仍然会比传统GPS定位快很多倍。该方案的优点是纯软件，不需要专门的AGPS硬件，几乎所有GPS手机都可以使用；同时用户可以根据情况指定星历更新周期及更新方式，控