手机定位技术概述学习教案

1、手机手机(shu j)定位技术概述定位技术概述第一页，共28页。 手机定位服务又叫做移动位置服务，它是通过电信商的网络获取手机用户的位置信息，在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务，被全球各大运营商公认为继短信息之后的新一轮革命。它是通过复杂的数学模型，对移动通信(tng xn)网络数据进行精密计算，得出移动用户的经纬度坐标，在电子地图平台的支持下，为用户提供相应位置服务。第1页/共28页第二页，共28页。 GSM无线通信网是由许多像蜜蜂蜂窝一样的小区构建而成的，每个小区都有自己的编号，通过手机所在小区的识别(shbi)号就可以知道手机所在区域。目前手机小区定位技术尚在完善之

2、中，市区精度范围大致在200米左右，郊区精度范围大致在1000米2000米左右，随着移动公司技术的不断发展，相信精度会进一步提高到50米范围内。同时目前显示的地标名还在优化之中，随着进一步优化，地标将更加准确。 GSM手机定位方式通常可分为基于网络方式和基于终端方式两种。从技术上可分为到达时间 （TOA）、增强测量时间差（EOTD）和GPS辅助（AGPS）3种方式。 第2页/共28页第三页，共28页。TOA定位(dngwi)技术 1 TOA定位方式(fngsh)可在现有的任何手机上实现，手机无需作任何改动。 （1）要定位的手机发出一已知信号，三个或多于三个LMU同时接收该信号，已知信号是手机执

3、行异步切换时发出的接入突发信号； （2）各LMU得到信号到达时的绝对GPS时间后，可得到相对时间差（RTD）； （3）根据前两步的信息，SMLC进行两两比较，计算突发信号到达时间差（TDOA），得出精确位置， 并回到应用中。要通过三角计算得出手机精确位置，必须知道另外两个参数：LMU的地理位置和各 LMU之间的时间偏移量。例如各LMU必须提供的绝对GPS时间，或在已知位置的地点放置参考LMU可得到实际时间差（RTD）参数。具体实现步骤： 第3页/共28页第四页，共28页。TOA定位(dngwi)技术 1 LMU用接入突发信号(xnho)确定TOA。当定位请求发出时，LMU被选定，且配置正确的频

4、率，以便接收接入突发信号(xnho)。此时，手机在业务信道（可能会处于跳频方式）上，以特定功率发送达70个接入脉冲（时长320ms）。各LMU通过多种方式实现和改善TOA的测量结果。利用收到的突发信号(xnho)可提高测量成功概率和测量精度。采用分集技术（如天线分集和跳频），可降低多径效应的影响，提高测量精度。当某个应用需要知晓手机位置时，该应用向SMLC发出请求，同时告知手机号码和定位精度要求。被测量的TOA参数及其误差值一同被采集并发送到SMLC，根据该数据，SMLC可计算出应用所需要的手机位置，再将位置信息和误差范围发送回应用。 TOA定位方式需要附加硬件（LMU），以达到精确计算突发信

5、号(xnho)到达时间的目的。实现方式有多种：LMU既可集成在BTS内，也可作为单独设备。LMU作为单独设备时，既可有单独的天线，也可与 BTS共享天线，通过空中接口实现网络间通信。 第4页/共28页第五页，共28页。EOTD定位(dngwi)技术 2 EOTD定位方式是从测量时间差（OTD）发展而来的，OTD指测量所得的时间量，EOTD指测量的方式。手机无需附加任何硬件便可得到测量结果。对于同步网，手机测量几个BTS信号的相对到达时间；对于非同步网，信号同时还需要被一个位置已知的LMU接收。确定了BTS到手机的信号传输时间，则可确定BTS与手机之间的几何距离，然后(rnhu)再根据 此距离进

6、行计算，最终确定手机的位置。 （1） 手机收到各基站发来信号，得到TOA参数；LMU得到RTD参数； （2） 手机将TOA和RTD参数 传送到GSM网。 具体实现步骤： 第5页/共28页第六页，共28页。EOTD定位(dngwi)技术 2 （3） OTD测量需要用同步、标准且模拟的脉冲。当BTS发送的帧未被同步时，网络需要测量BTS之间 的RTD。为了进行精确的三角测量，OTD测量和RTD测量（非同步BTS时）均需要3个BTS。获得OTD 参 数后，手机(shu j)位置既可在网络中计算，也可在终端计算（要求手机(shu j)具备各种必要信息）。前者称为手 机辅助方式，后者称为手机(shu j

7、)自主方式。通过手机或网络中的位置计算功能模块，实现位置计算。 总的来说： 第6页/共28页第七页，共28页。AGPS定位(dngwi)技术 3 GPS辅助定位方式(fngsh)实现步骤如下：GSM网收到GPS辅助信息；GSM网将辅助信息发送到手机；手机得到GPS信息，计算并得出自身精确位置；手机将位置信息发送到GSM网。 （1）手机辅助GPS定位方式 这种解决方案是将传统GPS接收器的大部分功能转移到网络处理器上实现。该方式需要天线、 RF单元和数据处理器等设备。GSM网向手机发送一串极短的辅助信息，包括时间、可视卫星清单、卫星信号多普勒参数和码相位搜索窗口。这些参数有助于内置 GP S模块

8、减少GPS信号获得时间。辅助数据来自经手机GPS模块处理后产生的伪距离数据，且可持续数分钟。收到这些伪距离数据后，相应的网络处理器或定位服务器能大致估算出手机的位置。GSM网增加必要的修正后，可提高定位精度。 该方式有手机辅助方式和手机自主方式两种： 第7页/共28页第八页，共28页。AGPS定位(dngwi)技术 3（2）手机自主GPS定位(dngwi)方式 这种手机包含一个全功能的GPS接收器，具有（1）方式中手机的所有功能，再加上卫星位置和手机位置计算功能。运算开始时，需要的数据比手机辅助方式要多，这些数据能够持续4小时以上或根据需要进行更新，通常包括时间、参考位置、卫星星历和时间校验参

9、数等。如果某些应用 需要更高的精度，则必须持续（间隔约30s）向手机发差分GPS（DGPS）信号。DGPS信号在非常宽 的地域范围有效，以一个参考接收器为中心可服务于较宽的地域范围。最终位置信息由手机本身 计算得到，若需要，此定位(dngwi)信息可发送到其它任何应用中。该方式有手机辅助方式和手机自主方式两种： 第8页/共28页第九页，共28页。GSMGSM手机定位手机定位技术分类技术分类TOATOA定位技术定位技术 E-OTDE-OTD定位技术定位技术A AGPSGPS定位技术定位技术优点优点1 1、100%100%兼容现有手机。兼容现有手机。2 2、支持漫游，各种接口标准统支持漫游，各种接

10、口标准统一。一。3 3、定位精度可单独优、定位精度可单独优化。化。1 1、lmulmu数量远少于数量远少于OTDOTD方式，方式，可减少网络初始投资；可减少网络初始投资； 2 2、不需要增加手机的额外费用。不需要增加手机的额外费用。现有手机无需增加硬件模块现有手机无需增加硬件模块和附件，只需要进行软件更和附件，只需要进行软件更新。新。1 1、网络改动少，网络投资、网络改动少，网络投资少。少。 2 2、定位精度高。采、定位精度高。采用了用了A AGPSGPS系统，定位精系统，定位精度较高，理论上可达到度较高，理论上可达到5 510m10m。 缺点缺点1 1、初始投资高。整个网需、初始投资高。整个

11、网需要建立大量要建立大量lmulmu，投资较大。，投资较大。现有现有GSMGSM网要实现同步还需网要实现同步还需进行改造。进行改造。2 2、业务量大时、业务量大时网络负担增加。网络负担增加。1 1、现有手机不能适用于、现有手机不能适用于E-E-OTDOTD定位方式，需要更新软件定位方式，需要更新软件或全部替换。或全部替换。2 2、精度低。此、精度低。此外，多径效应将影响外，多径效应将影响 定位精定位精度（尤其是城市区域）。度（尤其是城市区域）。1 1、需更换手机。、需更换手机。2 2、手、手机成本、体积和功率增机成本、体积和功率增加。加。3 3、安全风险。由、安全风险。由于于GPSGPS受美国

12、政府控制，受美国政府控制，存在一定的安全风险。存在一定的安全风险。第9页/共28页第十页，共28页。技术方案技术方案计算机（网络计算机（网络/ /终端）终端）设备改动设备改动费用费用定位地区定位地区精度精度/m/m耗时耗时/h/hTOATOA网络网络网络添加网络添加LMULMU高高乡村收到限制乡村收到限制50-20050-2001010E-ODAE-ODA网络网络网络终端都网络终端都需要改动需要改动中中乡村收到限制乡村收到限制50-40050-4005 5A-GPSA-GPS辅助定位，网络完成大辅助定位，网络完成大部分计算部分计算网络终端都网络终端都需要改动需要改动中中市区、市内受到限市区、市

13、内受到限制制5 51 1自主定位，终端完成所自主定位，终端完成所有计算有计算第10页/共28页第十一页，共28页。优点：更容易提供比较精确的用户定位信息缺点(qudin)：移动站上需要增加新的硬件，尺寸和成本需要考虑基于GPS+GPRS/WCDMA技术，通过联通GPRS/WCDMA数据传输通道将GPS经纬度信息传送至管理平台，主要实现对人员和车辆的跟踪和调度指挥。特点是精度高、定位间隔时间短，但对终端有一定的要求，也容易受建筑物阻挡和恶劣天气的影响第11页/共28页第十二页，共28页。测量(cling)信号功率的定位技术、测量(cling)信号传播时间特性(到达时间，简称 TOA；到达时间差，

14、简称TDOA)的定位技术优点：可以兼容现有的终端设备缺点：精度不高且需要对现存的基站、交换中心(zhngxn)作出改进测量信号方向(信号的到达角度)的定位技术第12页/共28页第十三页，共28页。手机定位功能(gngnng)（终端）网络(wnglu)独立定位功能 相对普通GPS定位，多数WCDMA终端可以支持A-GPS定位。A-GPS（Assisted GPS）是一种结合网络基站信息和GPS信息对移动台进行定位的技术。既利用全球卫星定位系统GPS，又利用移动基站，解决了GPS覆盖的问题，可以在GSM/WCDMA网络中使用。由于借用网络数据定位，这样的好处显而易见，利用A-GPS，接收器不必再下

15、载和解码来自GPS卫星的导航数据，因此可以有更多的时间和处理能力来跟踪GPS信号，这样能降低首次定位时间、增加灵敏度以及具有最大的可用性。第13页/共28页第十四页，共28页。GPS定位(dngwi)和手机定位(dngwi)都是现代科技的产物。而二者的原理也有不同，因而导致二者的定位(dngwi)精度及反应时间也有一定的差距。 手机(shu j)定位示意图 其大致原理为：移动电话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

16、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。 第14页/共28页第十五页，共28页。GPS定位和手机定位都是现代科技的产物。而二者的原理也有不同，因而(yn r)导致二者的定位精度及反应时间也有一定的差距。 GPS定位(dngwi)示意图 包括三大部分：空间GPS卫星星座、地面监控系统、用户GPS信号接收机。GPS定位的基本原理为：卫星不断的发射自身的星历参数和时间信息，GPS信号接收机接收到信号后，根据三角公式计算可以得到接收机的位置，三颗卫星可进行2D定位（经度、纬度），四颗卫星则可进行3D 定位（经度、纬度及高

17、度）。通过接收机不断的更新接收信息，就可以计算出移动方向和速度。由于目前全球有24颗GPS导航卫星分布在6条轨道上，在任意时刻在水平线以上最少有4颗卫星，最多有11颗卫星，所以GPS定位可以得到很好的保证。GPS信号接收机的作用则是捕获卫星信号，对信号进行放大、处理， 实时计算出接收机的3D位置与速度。 第15页/共28页第十六页，共28页。移动台发起的OTA卡定位业务 ：粗定位平台有能力通过SGIP协议接收(jishu)移动台发起的OTA卡定位请求。粗定位平台针对SP具有流量控制功能，可以对单个SP设置单位(dnwi)时间内定位请求次数门限值。支持移动台发起和网络发起的定位业务支持移动台发起

18、和网络发起的定位业务123既支持单次定位，又支持跟踪型多次定位请求既支持单次定位，又支持跟踪型多次定位请求批量定位批量定位 4缓存定位缓存定位5流量控制流量控制两次定位时间如较短可直接Cache读取，要求时间是可以配置的。第16页/共28页第十七页，共28页。实时位置、实时轨迹、历史轨迹、超速查询、终端停留实时位置、实时轨迹、历史轨迹、超速查询、终端停留(tngli)查询、终端累计路程查询等查询、终端累计路程查询等6第17页/共28页第十八页，共28页。第18页/共28页第十九页，共28页。Internet3SP服务器服务器短信服务器短信服务器定位服务器定位服务器个人笔记本电脑个人笔记本电脑车

19、载车载PC蜂窝电话蜂窝电话个人手携式个人手携式PDA车载车载PDA任何人、任何时间、任何地点监控中心服务器监控中心服务器监控终端监控终端第19页/共28页第二十页，共28页。政府需求政府需求政府机构（公检法）：移动执法、紧急救援、资源调度、监狱管理地震、环保：野外定位、紧急救援。景区、林业：人员定位政府机构（公检法）：移动执法、紧急救援、资源调度、监狱管理地震、环保：野外定位、紧急救援。景区、林业：人员定位/ /调度、考勤登记。调度、考勤登记。企业需求企业需求物流行业：车辆调度、货物跟踪、紧急救援。汽车制造业：汽车保养、汽车追踪物流行业：车辆调度、货物跟踪、紧急救援。汽车制造业：汽车保养、汽车

20、追踪(zhuzng)(zhuzng)。金融业：汽车车险定损。中小企业：人员定位。金融业：汽车车险定损。中小企业：人员定位/ /调度、考勤登记。交通运输业：车辆调度、汽车追踪调度、考勤登记。交通运输业：车辆调度、汽车追踪(zhuzng)(zhuzng)、船舶、船舶/ /集装箱追踪集装箱追踪(zhuzng)(zhuzng)。邮政、快递：邮件追踪。邮政、快递：邮件追踪(zhuzng)(zhuzng)。第20页/共28页第二十一页，共28页。实现对人员、车辆等移动单位位置信息的即时上报，供指挥调度和决策人员进行统计分析，根据实际情况合理配置各种资源。实现对人员、车辆等移动单位位置信息的即时上报，供指挥

21、调度和决策人员进行统计分析，根据实际情况合理配置各种资源。通过通过GISGIS系统为一线提供区域向导图，使民警可以迅速的对警情做出判断、减少出警时间、减少因地形不熟悉而造成的伤害和伤亡、减少损失。监狱系统为一线提供区域向导图，使民警可以迅速的对警情做出判断、减少出警时间、减少因地形不熟悉而造成的伤害和伤亡、减少损失。监狱(jiny)(jiny)监外执行人员的管理。监外执行人员的管理。警务警务(jn w)(jn w)通通消防通消防通司法通司法通第21页/共28页第二十二页，共28页。对工作人员的执法路径进行全程监控、调度和管理。对工作人员的执法路径进行全程监控、调度和管理。自动分发工作调度单，并根据紧急程度，提醒现场执法人员。自动