王曉 李卓琳 錢(qián)阿朝
摘 要:隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展和普及,基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)越來(lái)越來(lái)越受到人們的普遍重視,成為最具發(fā)展?jié)摿Φ幕ヂ?lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)之一。本文通過(guò)對(duì)基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的基本原理和應(yīng)用的分析介紹,系統(tǒng)地描述了該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式,展現(xiàn)出了該技術(shù)廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:移動(dòng)通信 無(wú)線(xiàn)定位技術(shù) 移動(dòng)臺(tái) 定位系統(tǒng)
引 言
無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)電波的傳輸時(shí)間、相位、到達(dá)角等參數(shù)的測(cè)量分析,結(jié)合特定的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)的定位、追蹤和位置監(jiān)測(cè)。目前來(lái)說(shuō),位置服務(wù)可以說(shuō)是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵信息服務(wù)之一,有著廣闊的發(fā)展前景,正逐漸應(yīng)用于我們生活的方方面面。無(wú)論我們身在何處,通過(guò)全球覆蓋的通信和定位系統(tǒng)可以快速獲取被測(cè)目標(biāo)的相關(guān)信息,因此,無(wú)線(xiàn)定位在醫(yī)療監(jiān)護(hù)、資產(chǎn)管理、物流等方面都有著十分重要的意義。
一、無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的原理
1996年美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)頒布了E-911法規(guī),要求移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商必須為移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)發(fā)出的緊急呼叫提供精度不大于125m的定位服務(wù),并在之后1999年,對(duì)此服務(wù)的要求進(jìn)一步提高。這些法規(guī)有效促進(jìn)了移動(dòng)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)定位及相關(guān)服務(wù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展普及,同時(shí)推動(dòng)了新型技術(shù)的研究進(jìn)步。接下來(lái),我們就對(duì)無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的四大方法原理進(jìn)行分析,進(jìn)一步全方面的認(rèn)識(shí)了解基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)。
(一)SKT方法。SKT是一種執(zhí)行增值業(yè)務(wù)命令的編程語(yǔ)言,它通過(guò)為SIM卡提供了一個(gè)簡(jiǎn)潔易操作的開(kāi)發(fā)平臺(tái),使得SIM卡可以順利運(yùn)行自身應(yīng)用軟件,包括其中的GPS定位等增值業(yè)務(wù)服務(wù),同時(shí)保證手機(jī)的應(yīng)用性能。
SKT技術(shù)的應(yīng)用主要是通過(guò)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái),對(duì)被測(cè)目標(biāo)周邊環(huán)境及建筑的CGI碼和場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量接受并生成報(bào)告,以短消息形式發(fā)回后臺(tái)進(jìn)行分析處理。而這個(gè)數(shù)據(jù)分析過(guò)程是通過(guò)這些參數(shù)與已有數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)的對(duì)比來(lái)得到此時(shí)移動(dòng)臺(tái)的位置。但由于數(shù)據(jù)庫(kù)信息過(guò)于龐大,不能完全保證實(shí)時(shí)及時(shí)有效的更新,因此存在一定誤差。
(二)電波傳播時(shí)間定位法?;陔姴▊鞑r(shí)間的定位法即TOA(TimeOfArrival)定位,依據(jù)電磁波在空間以光速傳播這一原理計(jì)算移動(dòng)臺(tái)與接受基站之間的時(shí)間、距離,在“三位一體”——三個(gè)基站所在圓的交點(diǎn)定位移動(dòng)臺(tái)。不可避免,因?yàn)闀r(shí)間精確度會(huì)對(duì)實(shí)際位置監(jiān)測(cè)產(chǎn)生誤差,較快的電磁波帶來(lái)的是較大的誤差。為了減小誤差,新的技術(shù)——TDOA,基于多個(gè)基站接收到的電磁波的相對(duì)時(shí)間差來(lái)確定移動(dòng)臺(tái)的位置。對(duì)比SKT、TOA方法,TDOA具有更高的精確度,可以將位置范圍精確到50-125米之間。由于計(jì)算量的增加和同步GSM網(wǎng)絡(luò)代價(jià)的高昂使得這種定位方法的使用受到了較大的限制。
(三)電波入射角定位法。電波入射角實(shí)際上通俗講就是測(cè)量信號(hào)的到達(dá)角度,這就意味著我們需要有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的天線(xiàn)陣列來(lái)接受這些測(cè)量信號(hào)的到達(dá)方向、具體角度。我們通過(guò)兩個(gè)以上的基站接收到的測(cè)量方向,延伸交于一點(diǎn),即可得到移動(dòng)臺(tái)所在位置。這種方法原理十分簡(jiǎn)單易懂,但在實(shí)際操作過(guò)程,這種定位方法要求我們得到的測(cè)量信號(hào)是在視線(xiàn)內(nèi)傳輸?shù)?,非視線(xiàn)內(nèi)傳輸無(wú)疑會(huì)帶來(lái)一些不可測(cè)量的誤差;即使是視線(xiàn)傳輸?shù)那闆r下,為了保證精確度,我們通常使用的是射頻信號(hào)的多徑技術(shù),但這就對(duì)定位帶來(lái)了較大的干擾;除了這些,電線(xiàn)設(shè)備的分辨率、角測(cè)量誤差等因素使得這種定位方法并沒(méi)有什么實(shí)際意義,通常是與其他定位技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于較短距離,可以提高定位的精確度。
(四)混合定位法。結(jié)合以上描述,單純的移動(dòng)通信基站技術(shù)和衛(wèi)星GPS定位都存在著定位精確度不高、反應(yīng)慢等各種問(wèn)題,同時(shí)他們也有著不同的特點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)所在,因此我們考慮將兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái),取長(zhǎng)補(bǔ)短,這就是混合定位技術(shù)?;旌隙ㄎ患夹g(shù)的測(cè)量信號(hào)是來(lái)自GPS和移動(dòng)基站兩種結(jié)構(gòu),通過(guò)終端中GPS系統(tǒng)持續(xù)跟蹤衛(wèi)星發(fā)來(lái)的定位數(shù)據(jù),將這些信息作為一部分輔助信息更快更精確的通過(guò)基站定位獲得的被測(cè)目標(biāo)的地理定位數(shù)據(jù)。相較其他定位方法,混合定位技術(shù)減少了衛(wèi)星接收信號(hào)后收集解碼的時(shí)間,較大程度的提高了定位系統(tǒng)的精確度,通過(guò)輔助信息數(shù)據(jù)的提供加快位置結(jié)算速度,可以說(shuō),該技術(shù)是當(dāng)前環(huán)境技術(shù)下最適合最適宜的定位技術(shù)。
二、無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的應(yīng)用
無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的應(yīng)用根據(jù)實(shí)際的環(huán)境情況和不同的定位需求主要分為兩種系統(tǒng)實(shí)施方案:移動(dòng)臺(tái)自主定位和網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)定位。前者基于移動(dòng)臺(tái)終端,通過(guò)終端設(shè)備接受移動(dòng)臺(tái)的測(cè)量信號(hào)來(lái)對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行定位,這種實(shí)施方案要求所在地區(qū)環(huán)境在移動(dòng)終端信號(hào)覆蓋范圍內(nèi),較低的精確度往往僅適用于手機(jī)相關(guān)增值業(yè)務(wù)的拓展;而后者是基于網(wǎng)絡(luò),通過(guò)現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合GPS輔助定位,較快的定位被測(cè)目標(biāo),但同樣成本較高,適用于需要高精度的定位服務(wù)。
(一)安全求助和緊急救援。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)自1996年起就不斷對(duì)網(wǎng)絡(luò)定位業(yè)務(wù)的精度提出更高的要求,使得當(dāng)用戶(hù)發(fā)出緊急救援信號(hào)后,同時(shí)將該用戶(hù)語(yǔ)音信息、位置信息發(fā)送到對(duì)應(yīng)救援中心,從而得到快速、高效的救援活動(dòng)。該應(yīng)用目前已經(jīng)覆蓋幾乎所有移動(dòng)用戶(hù),對(duì)用戶(hù)安全提供了較高保障。
(二)追蹤技術(shù)。追蹤技術(shù)包括對(duì)汽車(chē)導(dǎo)航、天網(wǎng)系統(tǒng)、艦隊(duì)追蹤等多個(gè)方面,可以說(shuō)不動(dòng)聲色的就貫穿了我們生活的方方面面,小到隨手開(kāi)啟一輛共享單車(chē),出門(mén)地圖導(dǎo)航,大到案件追蹤,戰(zhàn)爭(zhēng)定位等,無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)給我們的生活帶來(lái)翻天覆地的變化。
(三)手機(jī)應(yīng)用拓展。無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)與移動(dòng)通信的結(jié)合也給移動(dòng)手機(jī)用戶(hù)帶來(lái)了較大便捷,你如移動(dòng)黃頁(yè)查詢(xún)、手機(jī)防盜等。將位置信息與其他地圖信息、通信信息結(jié)合,共享數(shù)據(jù),從而為用戶(hù)生活,違法監(jiān)管等提供便利。
三、結(jié)語(yǔ)
目前來(lái)說(shuō),基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步發(fā)展,各種新型技術(shù)的混合研究和應(yīng)用對(duì)其發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用,通過(guò)對(duì)其各種應(yīng)用的總結(jié)概括,我們可以看到該技術(shù)帶來(lái)的基于位置信息的附加業(yè)務(wù)的市場(chǎng)潛力和商業(yè)價(jià)值仍處于起步階段,尚帶進(jìn)一步的開(kāi)發(fā),從而為人們帶來(lái)更大的便利。
參考文獻(xiàn)
[1] 基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的原理及應(yīng)用[J].張健.科技與企業(yè).2015(21)
[2] 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)[J].谷靜,李明遠(yuǎn).現(xiàn)代電子技術(shù).2004(01)
[3] 基于信號(hào)特征地圖的差分非視距誤差補(bǔ)償方法研究[D].閆小涵.北京郵電大學(xué)2018
[4] 基于移動(dòng)廣播網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)研究[J].馬婷,張?zhí)K.信息通信.2014(06)
[5] 基于智能天線(xiàn)的通信測(cè)向方法[J].趙春暉,劉雪梅,郝敬濤.應(yīng)用科技.2005(12)
作者簡(jiǎn)介:王曉,1987年8月,中國(guó)人民解放軍32152部隊(duì)。
錢(qián)阿朝,1989年1月,中國(guó)人民解放軍32152部隊(duì)。
李卓琳,1989年9月,中國(guó)人民解放軍32152部隊(duì)。