移动定位的基本原理及技术研究(上)

广州金鹏集团有限公司 唐毅

中国地震局地震研究所 杨博雄

摘 要

　　移动定位是指通过移动终端和移动网络的配合来确定用户的实际位置信息，并通过相关的短信及语音信号来完成一系列位置信息服务。获取移动定位信息的定位方法及技术已经成为当前的研究热点。本文详细介绍移动定位的基本原理，并对移动定位的相关技术进行深入的研究与探讨。

　　关键词：移动定位；移动终端；GPS；GSM；LSB

前言

　　利用移动终端（如手机、PDA等）进行地理位置定位是近年来移动通信应用发展的新方向。移动定位服务是利用移动通信特有的定位功能，配合短消息等服务确定移动终端用户所在的地理位置(经纬度坐标数据)，从而提供用户所需的位置信息，并可根据用户的位置提供相关地理信息服务。如对当时道路车站、酒店、银行、商场等项目的位置进行查询。同时，可根据对所需对象的地点的条件选择，可实现从现有位置到目的地之间的最佳自驾路线及公交换乘方案。这给出门人及时准确把握方位，提高办事效率起到良好的向导作用。

　　随着移动定位服务的广泛应用，用户数量的不断增多，人们对于位置信息的需求不断扩大，获取移动定位信息的定位技术及其定位系统已经成为当前的研究热点。这些研究主要包括移动定位的基本原理和方法、移动定位的主要技术以及移动定位的支撑平台等方面。

移动定位的基本原理

　　移动定位的方法大致可以分为三种类型：基于三角关系和运算的定位、基于场景分析的定位和基于临近关系的定位。

1、基于三角关系和运算的定位

　　这种定位方法根据测量得出的数据，利用几何三角关系计算被测物体的位置，它是最主要的、也是应用最为广泛的一种定位技术。基于三角关系的定位技术可以细分为两种：基于距离测量的定位技术和基于角度测量的定位技术。

基于距离测量的定位

　　这种定位技术先要测量已知位置的参考点（Ａ，Ｂ，Ｃ三点）与被测物体（ＯＢＪＥＣＴ）之间的距离（Ｒａｄｉｕｓ１，Ｒａｄｉｕｓ２，Ｒａｄｉｕｓ３），然后利用三角知识计算被测物体的位置。一般来说，如果要计算被测物体的平面位置（即二维位置），那么需要测量三个非线性的距离数据；同理，如果要计算被测物体的立体位置（即三维位置），那么需要测量四个非线性的距离数据。在具体的应用环境下，需要测量的距离数据数目可能要少一些。例如，在Ａｃｔｉｖｅ Ｂａｔ ２定位系统中，参考点总是位于被测物体之上，所以只需要测量三个距离数据就可以确定Ｂａｔ（被测物体）的三维位置。具体说来，距离测量的方法有三种：

①直接测量方法

　　这种方法通过物理动作和移动来测量参考点与被测物体之间的距离。例如，机器人移动自己的探针，直到触到障碍物，并把探针移动的距离作为自己与障碍物之间的一个距离参数。

②传播时间测量方法

　　在已知传播速度的情况下，无线电波传播的距离与它传播的时间成正比。这种测量方法需要注意的问题有如下几个：

·无线电波的传播特性

　　因为无线电波在传播的过程中可能会发生反射，而测量端无法区分直接到达的无线电波和经过反射到达的无线电波，所以容易造成测量的误差。一般的解决方法是多测几次，求出统计意义上的测量值。

·时钟精度

　　因为无线电波的传播速度很快，所以为了减小测量误差必须使用高精度的时钟。

·时钟同步

　　参与同一个定位过程的参考点之间必须保证时钟的同步，这样才能保证测量结果的正确性和精度。如果由被测物体自己进行测量，那么被测物体和参与同一个定位过程的参考点必须保证时钟的同步；如果采用测量往返时间的方法，那么只要测量端保证足够的时钟精度即可。

③无线电波能量衰减测量方法

　　已知发射电波的强度，在接收方测量收到的电波强度，以此估计出发射电波物体距离接收方之间的距离。例如，在理想的传播环境下，无线电波的衰减与１／ｒ２成正比（其中ｒ为传播距离）。实际上，无线电波在空间传播时能量的衰减是多种因素共同作用的结果，而不单单与传播距离有关。具体说来，在一个地形地物较为复杂的环境中，无线电波信号传播时的衰减会受到反射、折射、多径效应等多种因素的影响，所以这种利用能量衰减测量距离的方法不如传播时间测量方法精度高。

基于角度测量的定位

　　基于角度的定位方法与基于距离测量的定位方法在原理上是相似的，两者主要的不同在于前者测量的主要是角度，而后者测量的是距离。

一般来说，如果要计算被测物体的平面位置（即二维位置），那么需要测量两个角度和一个距离（虚线表示）。同理，如果要计算被测物体的立体位置（即三维位置），那么需要测量三个角度和一个距离。基于角度测量的定位技术需要使用方向性天线，如智能天线阵列。

２、基于场景分析的定位

　　这种定位方法对定位的特定环境进行抽象和形式化，用一些具体的、量化的参数描述定位环境中的各个位置，并用一个数据库把这些信息集成在一起。观察者根据待定位物体所在位置的特征查询数据库，并根据特定的匹配规则确定物体的位置。

　　由此可以看出，这种定位技术的核心是位置特征数据库和匹配规则，它本质上是一种模式识别方法。Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的ＲＡＤＡＲ