0 引言

　　移動定位技術(shù)已經(jīng)與緊急救援、醫(yī)療、航海等方面息息相關(guān)，在服務(wù)于大眾日常生活的同時，也為國家在某些領(lǐng)域帶來極大的便利。FCC(美國通信委員會)對E911的提出促進(jìn)了LBS(Location Based Service)的發(fā)展，同時近年來互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展在某種程度上加快了移動定位的發(fā)展。盡管如此，定位精度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。不過可喜的是，當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等的高速發(fā)展，以及全球化的定位系統(tǒng)，比如我國正在自主發(fā)展、獨立運行的全球?qū)Ш较到y(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System)、美國軍方研制的GPS(Global Positioning System)、俄羅斯的格洛納斯GLONASS(Global Navigation Satellite System)、歐盟的伽利略(Galileo Position-

　　ing System)等，說明定位技術(shù)在一個地區(qū)，乃至全球有著舉足輕重的作用。

　　目前，網(wǎng)絡(luò)、終端以及多種技術(shù)相互結(jié)合成為移動定位的技術(shù)主流。 在移動定位方面主要的工作是提高定位的精度，不斷改進(jìn)原有技術(shù)以及對新技術(shù)的研發(fā)，如對室內(nèi)定位目前所存在的技術(shù)上的欠缺，是當(dāng)下亟待解決的問題。在移動定位技術(shù)方面，已經(jīng)基本上能夠滿足廣大用戶的需求，各種定位技術(shù)相互借鑒，揚長避短，定位精度日漸提高。

1 移動定位性能指標(biāo)

　　評價移動定位性能的優(yōu)略，主要對定位精度、響應(yīng)時間、定位復(fù)雜度等進(jìn)行評價。

　　1.1 定位精度

　　定位精度是指空間實體位置信息坐標(biāo)與真實位置坐標(biāo)之間的差異，是定位性能最重要的指標(biāo)。

　　(1)MSE與RMSE

　　其中，(x，y)為真實坐標(biāo)位置，(x′，y′)為空間實體位置坐標(biāo)。

　　(2)克拉美羅下界

　　克拉美羅下界(CRLB)對無偏估計規(guī)定了下界。用MSE或者RMSE對CRLB的逼近程度進(jìn)行判定。

　　(3)累積概率函數(shù)

　　累積分布函數(shù)(CDF)是對概率密度函數(shù)(PDF)的積分，表征在某個范圍內(nèi)隨機變量所能發(fā)生的概率。

　　(4)圓(球)誤差概率

　　圓(球)誤差概率(CEP)，又稱之為圓形公算誤差，表征事件發(fā)生于規(guī)定范圍內(nèi)的概率。

　　(5)幾何精度因子

　　幾何精度因子(GDOP)指GPS測距誤差造成接收機與空間衛(wèi)星間的距離矢量放大因子。表示為：

　　其中，A為系數(shù)矩陣。

　　在二維定位系統(tǒng)中，GDOP表示為：

　　(6)相對定位誤差

　　相對定位誤差(PRF)為定位范圍最大圓(球)半徑與定位精度的比值，表示為：

　　1.2 響應(yīng)時間

　　響應(yīng)時間指從終端或網(wǎng)絡(luò)發(fā)出定位請求之后，到成功返回滿意結(jié)果所用時間。響應(yīng)時間越小，定位性能越好。

　　1.3 定位復(fù)雜度

　　定位復(fù)雜度分為定位算法復(fù)雜度和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)復(fù)雜度。定位復(fù)雜度與響應(yīng)時間相關(guān)，定位越復(fù)雜響應(yīng)時間越長。

2 移動網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

　　移動網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的定位方法，市場上大部分移動終端或者手持式移動設(shè)備都配備這種功能，比如全球移動通信系統(tǒng)GSM(Global System for Mobile communications)以及碼分多址CDMA(Code Division Multiple Access)這兩種無線通信技術(shù)。以Cell-ID、WLAN、WSN為媒介，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，對移動網(wǎng)絡(luò)定位有了劃分。

　　2.1 基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

　　蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位屬于無線電定位范疇，它所定位的對象是針對于靜止或者慢速移動的對象，比如手機或者其他手持式設(shè)備。MS、移動網(wǎng)絡(luò)，以及由衛(wèi)星定位系統(tǒng)為定位基礎(chǔ)，結(jié)合前兩種而形成的定位方法。采取蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位，主要是采取對信號到MS的時間、時間差、角度進(jìn)行測量，通過適當(dāng)合理的計算估計出地理位置[1]。

　　蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位在很大程度上受到多徑[2]、NLOS[3]、多址接入[4]、BS數(shù)目的限制。為了降低這些因素的影響，針對NLOS采取校正、加權(quán)、幾何約束等方法；針對多址干擾，在改進(jìn)算法的同時，還對網(wǎng)絡(luò)的物理層進(jìn)行檢測，或者對應(yīng)用干擾抵消的方法。

　　2.2 基于WLAN定位技術(shù)

　　WLAN定位技術(shù)利用WiFi終端(如筆記本、PDA以及智能手機等)掃描無線局域網(wǎng)協(xié)議中定義的參數(shù)，主要使用接收信號強度或者信噪比信息進(jìn)行定位。WLAN定位技術(shù)有兩種工作模式，一種利用工作基站(Access Point，也稱訪問點)，另外一種是Ad Hoc模式，前者應(yīng)用最為廣泛，主要是因為具有更好的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，網(wǎng)絡(luò)通信也更加穩(wěn)固可靠，而后者比較方便，建立臨時對等無線網(wǎng)，靈活性比較強。

　　目前，基于WLAN定位[5]：一是RSSI技術(shù)的使用；二是對信號傳輸?shù)乃p規(guī)律和信號強度等物理量的測量；三是借鑒了經(jīng)驗信號強度測量值和基于信號傳播模型法。算法的改進(jìn)，比如新型定位方法ABS(指紋識別定位)、GA(遺傳定位算法)、DANN(適應(yīng)性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))等，均在一定程度上實現(xiàn)了預(yù)期的目的，減小了定位誤差。

　　2.3 基于WSN定位方法

　　由于WSN兩個特點：一是傳感器節(jié)點，二是多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，為WSN輔助定位提供了條件。借助WSN采集用于定位的相關(guān)數(shù)據(jù)，例如距離、角度等量，然后通過特定算法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)實現(xiàn)定位[6]。

　　基于WSN定位方法，主要取決于兩方面內(nèi)容，一是WSN性能的提高，二是對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化處理算法的優(yōu)化和改進(jìn)。WSN與傳感器技術(shù)、微機電系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和通信等技術(shù)息息相關(guān)，一方面硬件技術(shù)在改進(jìn)，另一方面算法也得到了發(fā)展，三維定位算法擴展了WSN的應(yīng)用領(lǐng)域，同時，隨著技術(shù)的改善（低功耗、FPGA等），智能算法也會被普遍使用。

3 移動終端定位技術(shù)

　　隨著3S(GPS、GIS、RS)技術(shù)的發(fā)展，并且伴隨LBS的出現(xiàn)，移動終端定位已經(jīng)深入各行各業(yè)，為廣大用戶的日常生活帶來了極大的便利。由于移動終端定位有著廣泛的市場前景以及潛在應(yīng)用價值，很多國家地區(qū)，以及部分高等院校、研究機構(gòu)投入了大量人力物力進(jìn)行了研發(fā)。我國移動通信市場已日趨國際化，信息產(chǎn)業(yè)如今在國民經(jīng)濟所占比重尤為可觀，同時對于核心技術(shù)，知識產(chǎn)權(quán)也尤為重要。因此，該技術(shù)已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱點。

　　移動終端定位技術(shù)需要BS/LUM和MS的雙方參與，前者發(fā)送定位信號，后者接收信號，同時利用某些定位算法，從得到的數(shù)據(jù)中計算出MS的地理坐標(biāo)，實現(xiàn)定位的目的。由于需要MS的參與，對提高定位精度方面，就必須對其本身的軟硬件進(jìn)行改進(jìn)，從某些程度上導(dǎo)致功耗的提高、體積的增加以及成本的提高。針對種種問題，主要采取TDMA、E-OTD、OTDOA-IPDL、A-GPS、GPSOne等[7-10]。

　　3.1 E-OTD定位技術(shù)

　　E-OTD定位技術(shù)是在GSM下發(fā)展起來的定位方式。E-OTD主要由3個量組成：觀察時間差OTD、RTD以及GTD，其中OTD是MS接收到兩個不同BTS信號的時間差；RTD是兩個BTS之間的系統(tǒng)時間差；GTD是兩個BTS到MS由于距離差而引起的傳輸時間差。三者之間數(shù)學(xué)關(guān)系是OTD=RTD+GTD[11]。

　　這種定位方法區(qū)別于同步網(wǎng)絡(luò)和異步網(wǎng)絡(luò)，在同步網(wǎng)絡(luò)中，通過測量信號由若干BTS到MS的到達(dá)時間差OTD，來進(jìn)行定位；在異步網(wǎng)絡(luò)中，利用位置測量單元LUM(Location Measurement Unit)，計算相對時間差RTD(Real Time Difference)，用來補償由于不同BTS的異步時鐘所產(chǎn)生的誤差，從而通過LUM和RTD兩者的結(jié)合，作出相應(yīng)的定位。從而構(gòu)成方程：

　　其中C表示系數(shù)矩陣，向量xy表示MS位置坐標(biāo)增量，向量D表示相對于xy的距離，通過變化得出：

　　在迭代求解過程中，為了減小誤差，可以使用加權(quán)最小二乘法，求解之前，首先選擇一個初始MS坐標(biāo)位置，然后通過反復(fù)迭代直到逼近預(yù)先設(shè)置的臨界值，從而確定出MS的空間位置。

　　3.2 OTDOA-IPDL定位技術(shù)

　　OTDOA-IPDL是TD-SCDMA系統(tǒng)下的一種定位方式，該定位方法是在OTDOA定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用IPDL技術(shù)，目的是提高BS到MS之間測距準(zhǔn)確性和可靠性。在IPDL期間，MS測量下行導(dǎo)頻信號，得到TOA，估算出MS與BS之間的距離。具體定位過程為：測距、距離校準(zhǔn)和算法實現(xiàn)。具體實現(xiàn)過程如圖1所示[9]。

　　3.3 基于GPS的定位技術(shù)

　　隨著市場需求的不斷發(fā)展，廣大用戶對定位要求是越來越高，但是由于傳統(tǒng)GPS定位冷啟動時間長、功耗大、定位時間長等缺點的限制，從而 A-GPS、GPSOne等技術(shù)應(yīng)運而生。其一是技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，其二是市場對定位的需求。

　　A-GPS定位技術(shù)[12]即輔助GPS定位技術(shù)，其原理如圖2所示。輔助與否的關(guān)鍵在于是否有移動互聯(lián)網(wǎng)參與定位環(huán)節(jié)。GPS定位關(guān)鍵在于GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，地面接收機接收并處理信號，通過特定算法解算出位置坐標(biāo)。而A-GPS技術(shù)在此技術(shù)的基礎(chǔ)上，讓網(wǎng)絡(luò)參與定位，其實就是傳統(tǒng)概念的GPS定位與移動網(wǎng)絡(luò)定位的相互結(jié)合，集空間、地面、終端于一體，一是減小了首次定位的時間，二是很大程度上能夠克服地理環(huán)境上造成衛(wèi)星信號無法正常接收的弊端。

　　輔助GPS定位技術(shù)目前在移動定位技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是難免存在瑕疵。在室內(nèi)情況下，由于衛(wèi)星信號比較弱，A-GPS仍然不能發(fā)揮其優(yōu)勢，故而出現(xiàn)了GPSOne技術(shù)[13]。該技術(shù)是通過結(jié)合GPS衛(wèi)星信號和CDMA網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行混合定位，其在利用輔助GPS定位的技術(shù)的基礎(chǔ)上，當(dāng)移動終端處在室內(nèi)這種不能接收較為穩(wěn)定衛(wèi)星信號時，可以通過移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)定位，改善了室內(nèi)定位的效果。

　　3.4 基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的定位

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)[14]是我國自主研發(fā)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要包括北斗一號和北斗二號兩代系統(tǒng)。目前，北斗一號已經(jīng)在某些地區(qū)投入工作，北斗二號還處在建設(shè)當(dāng)中。BDS的投入使用，不僅對我國的國防、經(jīng)濟以及現(xiàn)代化建設(shè)有著舉足輕重的作用，而且以其開放、自主、兼容、漸進(jìn)等特點，將會服務(wù)于周邊國家，將來也會服務(wù)于全球。

　　其主要由空間部分、地面中心控制系統(tǒng)、用戶終端三部分組成，形成完善的定位網(wǎng)絡(luò)。用戶需要定位時，通過終端發(fā)出的信號，由兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面控制中心，地面中心計算出終端與衛(wèi)星之間的距離，各以衛(wèi)星為球心，以得到的距離為半徑，終端所處與兩球面的交線上，并結(jié)合地面中心的高程地圖，即可做出定位。

4 移動定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及3S技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代各行各業(yè)帶來了極大的便利， LBS技術(shù)服務(wù)于各行各業(yè)，移動定位技術(shù)得到了快速的發(fā)展，很多國家和地區(qū)、科研單位以及高校均投入大量的人力、物力、財力進(jìn)行了研究，并且取得了可觀的成效。比如在車輛導(dǎo)航、游客指導(dǎo)、緊急救援或者搜救等方面都發(fā)揮了極其重要的作用。

　　目前而言，移動定位技術(shù)基本上以無線網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，以導(dǎo)航系統(tǒng)作為支撐，形成了無線網(wǎng)絡(luò)定位、定位設(shè)備定位以及兩者結(jié)合形成的定位技術(shù)，但是由于各種因素的制約，都在某種程度上影響著定位的精度和效率；再者，GPS、北斗等定位技術(shù)可以使精度上大大提高，不過一方面由于成本比較高，另一方面如果處在不能正常接收衛(wèi)星信號的區(qū)域，其定位的能力在某種程度上也大打折扣。因此，對傳統(tǒng)的定位方式精度的提高主要工作是定位設(shè)備硬件設(shè)備的提高和定位算法的改進(jìn)。

5總結(jié)

　　移動定位技術(shù)已經(jīng)深入人們的日常生活，如何快捷有效的實現(xiàn)實時定位已經(jīng)是定位行業(yè)正在解決的問題。由于互聯(lián)網(wǎng)、無線電、全球定位系統(tǒng)的飛速發(fā)展，目前移動定位已經(jīng)得到較為滿意的成果，但是還無法滿足某些場合或者條件下，存在的種種客觀條件的制約。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，相信未來的移動定位技術(shù)會逐漸得以完善。

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