物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)(72張)課件

1、章物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)6.1 定位的概念與技術(shù)發(fā)展6.2 定位技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用6.3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)6.4 蜂窩系統(tǒng)定位技術(shù)6.5 RFID定位技術(shù)6.6 無線傳感網(wǎng)定位技術(shù)6.7 定位技術(shù)的發(fā)展前景6.1 定位的概念與發(fā)展歷史在很多物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，物體（或者稱對(duì)象）的“位置”信息有著重要的意義。在物聯(lián)網(wǎng)中，人們使用RFID、傳感器或者其他信息采集工具從物理世界當(dāng)中獲取各種各樣的信息，并將這些信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶或者服務(wù)器端進(jìn)行處理以為用戶提供各種各樣的服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)中用于獲取物體位置的技術(shù)統(tǒng)稱為定位技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)中的所謂“物體”的概念非常廣泛：它既可以指人，也可以指設(shè)備。一、定位的概念二、定位技術(shù)

2、發(fā)展簡史早期的航?；顒?dòng)中主要是通過沿著海岸線建造在航道的關(guān)鍵部位建造燈塔來對(duì)船只進(jìn)行導(dǎo)航。這些定位技術(shù)的精度非常差，并且覆蓋范圍不廣。無線電技術(shù)出現(xiàn)以后，人們可以進(jìn)行更大范圍的和更加精確的定位。最早的基于無線電技術(shù)的定位系統(tǒng)是羅蘭遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)，建立于20世紀(jì)40年代，其最初的目的是用于海軍中的中程無線電導(dǎo)航。羅蘭系統(tǒng)的示意圖A和B是一對(duì)基站，同時(shí)發(fā)送信號(hào)。用戶根據(jù)收到信號(hào)的時(shí)間差來確定自己的位置是在哪個(gè)雙曲線上。圖中不同的雙曲線對(duì)應(yīng)于不同的時(shí)間差。隨著人造衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，人們開始利用人造衛(wèi)星來構(gòu)建更精確，覆蓋范圍更廣的定位/導(dǎo)航系統(tǒng)。地球同步軌道衛(wèi)星可以以相對(duì)地球靜止的方式在太空軌道中運(yùn)行，這

3、就提供了一種方式來為定位系統(tǒng)提供固定的參考點(diǎn)。隨著蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，手機(jī)用戶極大增加。這類定位系統(tǒng)一般通過是通過測(cè)量手機(jī)和基站之間的信號(hào)強(qiáng)度、距離或者到達(dá)角度，利用基站的位置來計(jì)算手機(jī)用戶的位置。移動(dòng)手機(jī)用戶一般稱作移動(dòng)臺(tái)，通過基站的輔助來定位。室內(nèi)的無線定位系統(tǒng)一般利用RFID標(biāo)簽來進(jìn)行。利用RFID標(biāo)簽的定位系統(tǒng)可以分為定位標(biāo)簽的和定位RFID讀寫器的兩種。這類定位系統(tǒng)所采用的模型可以分為兩大類：基于模式匹配的和基于模型匹配的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位算法一般利用一些已知自身位置的節(jié)點(diǎn)（稱為錨節(jié)點(diǎn)）來輔助一般節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。算法設(shè)計(jì)的目標(biāo)除了達(dá)到較高的精度外，還注重降低開銷，包括通信

4、開銷和計(jì)算開銷，并且將盡量減少對(duì)硬件的要求。6.2 定位技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用 災(zāi)難救援在智能交通中的應(yīng)用在智能物流中的應(yīng)用基于位置的服務(wù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用無線自組織網(wǎng)絡(luò)在軍事行動(dòng)中的應(yīng)用利用定位技術(shù)，指揮官可以快速的了解單兵的位置信息并發(fā)布相應(yīng)的命令。災(zāi)難救援北斗通信系統(tǒng)在汶川抗震救災(zāi)中的應(yīng)用定位技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用智能交通系統(tǒng)示意圖。車輛之間可以進(jìn)行相互通信；車輛與于路邊節(jié)點(diǎn)之間也可以進(jìn)行通信，組成車載網(wǎng)絡(luò)。定位技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。定位技術(shù)在智能物流中的應(yīng)用典型智能物流系統(tǒng)示意圖。在堆場(chǎng)管理，集裝箱管理，實(shí)時(shí)追蹤，智能倉儲(chǔ)以及貨物配送環(huán)節(jié)，都需要定位技術(shù)的支持

5、?；谖恢玫姆?wù)基于位置的服務(wù)(Location Based Service，LBS是在獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息的基礎(chǔ)上，在地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System，GIS)平臺(tái)的支持下為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)。隨著智能手機(jī)的普及和智能手機(jī)上定位功能的普及，基于位置的服務(wù)吸引了越來越多的關(guān)注。6.3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)美國的GPS(Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)。歐洲的伽利略定位系統(tǒng)。俄羅斯的GLONASS定位系統(tǒng)。中國的北斗定位系統(tǒng)。一、GPS全球定位系統(tǒng)簡介GPS是美國國防部主要為滿足軍事需要而建立的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定

6、位系統(tǒng)， 它具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位的能力。（1）GPS的組成GPS系統(tǒng)主要由空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分組成。GPS 系統(tǒng)的星座部分主要由24 顆衛(wèi)星構(gòu)成，其中21 顆為工作衛(wèi)星，另外3 顆為備用衛(wèi)星，用于在必要時(shí)根據(jù)指令替代發(fā)生故障的衛(wèi)星。這24顆衛(wèi)星均勻分布在6 個(gè)軌道平面內(nèi)，每個(gè)軌道面包含4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道為橢圓形，平均高度約20200km，運(yùn)行周期大約11小時(shí)58分鐘。對(duì)地面觀測(cè)者來說，每天見到的衛(wèi)星幾何分布相同，但是每天見到同一衛(wèi)星的時(shí)間大概要提前4分鐘。在地球任意一點(diǎn)上，用戶能夠觀察到的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同而有所不同，最少可見到4 顆，最多

7、時(shí)可見到11 顆。GPS 的地面監(jiān)控部分主要由分布全球的6個(gè)地面站構(gòu)成，其中包括衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站、主控站、備用主控站和信息注入站。主控站位于美國科羅拉多州的謝里佛爾空軍基地，是整個(gè)地面監(jiān)控系統(tǒng)的管理中心和技術(shù)中心。另外還有一個(gè)位于馬里蘭州蓋茨堡的備用主控站，在發(fā)生緊急情況時(shí)啟用。注入站目前有4個(gè)，其作用是把主控站計(jì)算得到的衛(wèi)星星歷、導(dǎo)航電文等信息注入到相應(yīng)的衛(wèi)星。注入站同時(shí)也是監(jiān)測(cè)站，另外還有位于夏威夷和卡納維拉爾角2處監(jiān)測(cè)站，故監(jiān)測(cè)站目前有6個(gè)。監(jiān)測(cè)站的主要作用是采集GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給主控站。用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備主要是GPS接收機(jī)，它是一種特制的無線電接收機(jī)，主要作用是從G

8、PS衛(wèi)星收到信號(hào)并利用傳來的信息計(jì)算用戶的三維位置及時(shí)間。用戶設(shè)備部分的主要設(shè)備是GPS 接收機(jī)。GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，利用GPS接收器測(cè)量出的到衛(wèi)星的距離，來計(jì)算待測(cè)點(diǎn)的位置。如圖2所示，假設(shè)在t時(shí)刻在待測(cè)點(diǎn)位置上觀測(cè)到4個(gè)衛(wèi)星，并測(cè)出信號(hào)從該觀測(cè)點(diǎn)到4個(gè)衛(wèi)星的傳播時(shí)間，便可以列出對(duì)應(yīng)的4個(gè)方程來求得觀測(cè)點(diǎn)的位置。（2）GPS的定位原理GPS中利用信號(hào)在衛(wèi)星和接收機(jī)之間的往返時(shí)間來計(jì)算距離的。在某一時(shí)刻，衛(wèi)星發(fā)送一長串稱為偽隨機(jī)碼的數(shù)字序列，而同時(shí)接收機(jī)也在同一時(shí)刻產(chǎn)生相同的數(shù)字序列。當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)，由于傳輸?shù)难舆t，從衛(wèi)星信號(hào)接收到的數(shù)字

9、序列會(huì)比接收機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)的時(shí)間滯后。時(shí)間延遲的長度就是信號(hào)傳送的時(shí)間。接收機(jī)將這一時(shí)間乘以光速就可以計(jì)算出信號(hào)傳送的距離。假設(shè)信號(hào)是以直線傳送的，則這一結(jié)果即為接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。為了使測(cè)得的距離數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，GPS接收機(jī)需要安裝和衛(wèi)星上同步的精確時(shí)鐘。為了達(dá)到所要求的計(jì)時(shí)精度（納秒級(jí)），需要使用能夠精確計(jì)時(shí)的原子鐘。但對(duì)普通的GPS接收器來說，原子鐘的價(jià)格太貴了（價(jià)格在5-10萬美元之間）。GPS系統(tǒng)用一個(gè)巧妙的方案解決了這一問題。每一顆衛(wèi)星上仍然使用昂貴的原子鐘，但接收機(jī)使用的是經(jīng)常需要調(diào)校的普通石英鐘。簡言之，接收機(jī)接收來自四顆或更多衛(wèi)星的信號(hào)在計(jì)算距離的同時(shí)，對(duì)自身的始終誤差進(jìn)行校正，

10、將自身的時(shí)鐘調(diào)整到與衛(wèi)星上的原子時(shí)鐘相同的值，從而使接收機(jī)的時(shí)間與所有衛(wèi)星上的原子鐘相同。GPS接收機(jī)就可以“免費(fèi)”獲得原子鐘的精確度。其原理如下。當(dāng)測(cè)量到四顆定位衛(wèi)星到觀測(cè)點(diǎn)所處位置的準(zhǔn)確距離時(shí)，我們就可以畫出相交于一點(diǎn)的四個(gè)球面。但是如果測(cè)量有誤差，四個(gè)球面就不可能相交于一點(diǎn)。由于接收機(jī)利用自身內(nèi)置的時(shí)鐘來測(cè)量所有的距離，距離測(cè)量會(huì)呈現(xiàn)一定的比例誤差。接收機(jī)可以計(jì)算出使四個(gè)球面相交于一點(diǎn)所進(jìn)行的必要調(diào)整，并基于此重新設(shè)置自身的時(shí)鐘以便和衛(wèi)星原子鐘同步。接收機(jī)只要開啟就處在不斷的調(diào)整中，這也意味著接收機(jī)幾乎與衛(wèi)星中昂貴的原子鐘一樣精確。圖6.7 GPS定位原理： R1，R2，R3和R4為所測(cè)

11、偽距GPS定位可分為單點(diǎn)定位和相對(duì)定位（或稱差分定位）。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測(cè)量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。利用單獨(dú)的GPS接收機(jī)定位的精度為30米左右。為了有效提高定位精度，提出了差分定位技術(shù)。其基本原理是用一個(gè)已知位置的固定接收機(jī)站來測(cè)算GPS的誤差。差分定位是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來確定觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置的方法，它既可采用偽距觀測(cè)量也可采用相位觀測(cè)量，大地測(cè)量或工程測(cè)量均應(yīng)采用相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位。具有偽距差分功能的GPS 接收機(jī)的定位精度在110米之間。總的來說，GPS定位系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：1）能夠全球、 全天候工作。能

12、夠覆蓋全球98%的面積。2）定位精度高。單機(jī)定位精度優(yōu)于10m，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。3）操作簡便，應(yīng)用廣泛。只需要一臺(tái)GPS接收機(jī)即可準(zhǔn)確確定用戶所在的位置。已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于軍事工程，道路工程，車輛。船舶導(dǎo)航等多種應(yīng)用中。GPS的主要特點(diǎn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡介北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System是我國正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。其建設(shè)目標(biāo)是建成獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航在

13、國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。北斗一號(hào)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（雙星定位導(dǎo)航系統(tǒng)）是利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供快速定位、簡短數(shù)字報(bào)文通信和授時(shí)服務(wù)的一種全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由由空間星座、地面控制中心系統(tǒng)和用戶終端三部分構(gòu)成?？臻g星座部分包括三顆地球同步軌道衛(wèi)星，包括兩顆地球靜止衛(wèi)星和一顆在軌備份衛(wèi)星。北斗地面控制中心系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的功能中樞，完成用戶終端位置解算、通信信息轉(zhuǎn)

14、發(fā)、用戶數(shù)據(jù)保存、系統(tǒng)監(jiān)控管理等一系列功能，可為用戶提供定位、通信和授時(shí)服務(wù)。用戶終端是直接由用戶使用的設(shè)備，用于發(fā)送定位請(qǐng)求和通信信息，接收定位信息、通信信息和定時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)單機(jī)定位和雙向數(shù)字簡短報(bào)文通信功能，也可作為自主導(dǎo)航和精確授時(shí)設(shè)備。北斗二號(hào)以北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，我國開始逐步實(shí)施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，首先滿足中國及其周邊地區(qū)的導(dǎo)航定位需求，并進(jìn)行系統(tǒng)的組網(wǎng)和測(cè)試，逐步構(gòu)建一個(gè)類似GPS的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，稱為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，簡稱北斗二號(hào)。北斗定位系統(tǒng)與GPS定位系統(tǒng)的比較與GPS相比，北斗具有如下優(yōu)點(diǎn)：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供導(dǎo)航定位服務(wù)，其精度可以達(dá)到重點(diǎn)地區(qū)水平10米

15、，高程10米，其他大部分地區(qū)水平20米，高程20米；測(cè)速精度優(yōu)于0.2米/秒。這和美國GPS的水平是差不多的。第二，授時(shí)服務(wù)。授時(shí)精度可達(dá)到單向優(yōu)于50納秒，雙向優(yōu)于10納秒。第三，短報(bào)文通信服務(wù)。這一功能能夠保證在我國及周邊地區(qū)具備每次120個(gè)漢字的短信息交換能力。第四，具備一定的保密、抗干擾和抗摧毀能力；系統(tǒng)的導(dǎo)航定位用戶容量不再受到限制，并且保證用戶設(shè)備的體積小、質(zhì)量輕、功耗低，滿足手持、機(jī)載、星載、彈載等各種載體需要。 北斗也具有一些缺點(diǎn)，如用戶數(shù)受限，由于采用主動(dòng)定位方式而使得對(duì)主控中心的依賴性更高等問題。蜂窩系統(tǒng)定位技術(shù)蜂窩系統(tǒng)定位一般是指在蜂窩系統(tǒng)中利用無線電信號(hào)來確定一個(gè)移動(dòng)對(duì)

16、象（通常是手機(jī)，也稱作移動(dòng)臺(tái))所在的地理位置。利用蜂窩系統(tǒng)定位技術(shù)，移動(dòng)通信運(yùn)營商可以為用戶提供很多的定位相關(guān)服務(wù)，如提供用戶所在的位置信息，根據(jù)用戶所在的位置不同進(jìn)行靈活的收費(fèi)服務(wù)，在蜂窩系統(tǒng)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和資源管理等。根據(jù)獲得移動(dòng)臺(tái)位置信息方式的不同，蜂窩定位系統(tǒng)大致可分為3類：基于移動(dòng)臺(tái)的定位系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)輔助定位系統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)常用定位技術(shù)蜂窩系統(tǒng)中常用的定位技術(shù)有很多，這里我們主要介紹幾種有代表性的定位技術(shù)，包括:基于GPS的定位技術(shù)起源蜂窩小區(qū)定位技術(shù)基于到達(dá)角的定位技術(shù)基于距離的定位技術(shù)GPS是一種比較成熟的定位技術(shù)，能夠在全球范圍內(nèi)提供較為準(zhǔn)確的定位。GPS定位不能應(yīng)

17、用于室內(nèi)，并且在容易受到城市里的高樓等環(huán)境的影響，定位精度下降較大。GPS定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，為了適用于蜂窩系統(tǒng)定位，有必要對(duì)實(shí)時(shí)性進(jìn)行改進(jìn)?；贕PS的定位技術(shù)差分GPS技術(shù)的原理是使用基準(zhǔn)接收機(jī)來消除GPS定位中的公共誤差。其中GPS基準(zhǔn)接收機(jī)為固定的基站，知到自己的準(zhǔn)確地理坐標(biāo)，因此能計(jì)算出GPS的定位結(jié)果和自身真實(shí)的地理位置的差值。輔助GPS定位技術(shù)是為了克服GPS定位技術(shù)中存在的啟動(dòng)時(shí)間過慢的缺點(diǎn)，提高定位的實(shí)時(shí)性。其主要思想是建立一個(gè)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)參考網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信網(wǎng)相連，通信網(wǎng)的移動(dòng)臺(tái)內(nèi)置一個(gè)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機(jī)。起源蜂窩小區(qū)定位技術(shù)這類定位系統(tǒng)根據(jù)用戶在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所

18、處的小區(qū)或者基站來標(biāo)識(shí)用戶位置。蜂窩系統(tǒng)中每個(gè)基站都有一個(gè)全網(wǎng)唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)(CELL ID)，系統(tǒng)可以根據(jù)與用戶進(jìn)行通信的基站標(biāo)識(shí)來確認(rèn)用戶所在區(qū)域，并由此提供一個(gè)用戶位置的粗略估計(jì)。因此，這類技術(shù)也稱為CELL ID技術(shù)或者COO (Cell Of Origin )技術(shù)?；诜较虻亩ㄎ患夹g(shù)基于方向的定位技術(shù)主要利用到達(dá)角(Angle of Arrival, AOA)來計(jì)算移動(dòng)對(duì)象的位置。該方法中，接收機(jī)通過陣列天線測(cè)出接收信號(hào)從移動(dòng)對(duì)象到兩個(gè)以上基站的傳輸路徑的到達(dá)方向(電波的入射角)并以此來計(jì)算移動(dòng)對(duì)象的位置信息?；纠锰炀€陣列來測(cè)量接收到的移動(dòng)對(duì)象的信號(hào)的方向，構(gòu)成從基站到移動(dòng)臺(tái)的徑向

19、連線，兩根連線的相交點(diǎn)即為移動(dòng)對(duì)象的位置。通過對(duì)兩個(gè)基站的AOA測(cè)量就能確定目標(biāo)移動(dòng)對(duì)象的位置，但如果移動(dòng)對(duì)象恰好位于兩個(gè)基站之間的直線上，則AOA測(cè)量將無法確定目標(biāo)位置，所以通常采用兩個(gè)以上的基站提供定位。AOA定位技術(shù)示意圖11。MS為移動(dòng)臺(tái)，BTS1和BTS2為兩個(gè)基站。通過測(cè)量到兩個(gè)基站的到達(dá)角，可以計(jì)算出MS的位置基于距離的定位技術(shù)移動(dòng)臺(tái)和基站之間的距離的估計(jì)可以通過接收信號(hào)的強(qiáng)度、到達(dá)時(shí)間(Time Of Arrival，TOA)、到達(dá)時(shí)間差(Time Difference Of Arrival，TDOA)或者信號(hào)的相位來獲得。利用移動(dòng)對(duì)象到基站之間的距離和基站的坐標(biāo)，就可以計(jì)算移

20、動(dòng)對(duì)象的位置。估計(jì)移動(dòng)對(duì)象在二維空間的位置需要三個(gè)距離測(cè)量值，而估計(jì)在三維空間的位置需要四個(gè)距離測(cè)量值。 基于距離的定位技術(shù)示意圖11。(a):利用信號(hào)強(qiáng)度或者TOA來進(jìn)行定位；(b) 利用TDOA來進(jìn)行定位 (a)(b)基于指紋的定位技術(shù)在蜂窩系統(tǒng)中，移動(dòng)對(duì)象從基站接收到的信號(hào)對(duì)地形和傳播時(shí)的障礙物具有依賴性，呈現(xiàn)出非常強(qiáng)的位置特殊性。對(duì)于每個(gè)位置來說，該信道的多徑結(jié)構(gòu)對(duì)該位置是唯一的。如果同樣的射頻信號(hào)被從該位置發(fā)射，這樣的多徑特征可以被認(rèn)為是該位置的指紋或者特征信息。在一些專用系統(tǒng)里，建立一個(gè)適用于某一特定服務(wù)區(qū)域的與位置網(wǎng)格有關(guān)的“位置信息數(shù)據(jù)庫”(或信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫)，存儲(chǔ)定位系統(tǒng)覆蓋

21、范圍內(nèi)每個(gè)位置所觀察到無線信號(hào)的特征信息。當(dāng)需要定位時(shí)，移動(dòng)臺(tái)測(cè)量周圍環(huán)境的無線信號(hào)信息并把測(cè)量結(jié)果發(fā)送到位置服務(wù)器，位置服務(wù)器將其與數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容進(jìn)行比較匹配，與測(cè)量結(jié)果一致的信號(hào)特征信息所對(duì)應(yīng)的位置區(qū)域就是移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前位置。RFID定位技術(shù)目前常用的RFID標(biāo)簽可以分為兩類：有源標(biāo)簽（active tag）和無源標(biāo)簽（passive tag）。無源標(biāo)簽的讀取距離比較近，一般需要在距離讀寫器不超過幾米的范圍內(nèi)進(jìn)行讀取，它們依靠從讀寫器發(fā)出的信號(hào)中獲取能量進(jìn)行操作；有源標(biāo)簽利用電池供電進(jìn)行工作，讀取范圍要大的多，可以達(dá)到100米到300米左右。由于所使用的標(biāo)簽的不同，基于RFID的定位技術(shù)也可以

22、分為基于標(biāo)簽的定位技術(shù)和基于讀寫器的定位技術(shù)兩種基于RFID標(biāo)簽的定位技術(shù)基于RFID標(biāo)簽的定位技術(shù)類似于上一節(jié)所講的基于指紋的無線定位技術(shù)，稱作模式匹配（Pattern Matching）技術(shù)。其主要思想是將定位分為兩個(gè)階段：訓(xùn)練階段和定位階段。系統(tǒng)中安裝了一些RFID讀寫器。在訓(xùn)練階段，選取某些位置作為訓(xùn)練點(diǎn)，并在這些位置收集RFID讀寫器發(fā)射的信號(hào)的強(qiáng)度。這些信號(hào)值組成了一個(gè)數(shù)據(jù)庫，稱為信號(hào)地圖（Radio Map）。在定位階段，標(biāo)簽收集來自各個(gè)RFID讀寫器的信號(hào)的強(qiáng)度并將這些數(shù)據(jù)傳回定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行匹配來計(jì)算出當(dāng)前標(biāo)簽的位置。一般的方法是選擇信號(hào)強(qiáng)度與收集到的信號(hào)

23、強(qiáng)度最接近的訓(xùn)練點(diǎn)作為當(dāng)前位置的估計(jì)，或者是選擇若干個(gè)信號(hào)強(qiáng)度最接近的若干的位置的加權(quán)平均作為當(dāng)前位置的估計(jì)。一個(gè)著名的算法是LANDMARC，如圖所示。圖中的參考標(biāo)簽也參與定位過程。當(dāng)在某個(gè)位置搜集到來自讀寫器的信號(hào)強(qiáng)度值以后，并不是與存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的歷史信息進(jìn)行比較，而是與當(dāng)前各個(gè)參考標(biāo)簽所搜集的信號(hào)強(qiáng)度比較，并選擇若干個(gè)最為接近的參考標(biāo)簽的位置進(jìn)行加權(quán)平均獲得當(dāng)前點(diǎn)的位置估計(jì)。利用這種方法，LANDMARC的在一個(gè)24平方米的區(qū)域中可以達(dá)到2米的定位精度，時(shí)延為7.5秒?；赗FID讀寫器的定位技術(shù)在大部分RFID定位系統(tǒng)中，待定位的RFID標(biāo)簽是移動(dòng)的而RFID讀寫器往往是靜止的。比如

24、，前面所講的LANDMARC系統(tǒng)中就是這樣。而在基于RFID讀寫器的定位系統(tǒng)中，情形恰恰相反：RFID標(biāo)簽是固定的而RFID讀寫器是移動(dòng)的，其目標(biāo)是追蹤并定位RFID讀寫器而不是RFID標(biāo)簽。無線傳感網(wǎng)定位技術(shù)一般來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中定位技術(shù)的研究內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面：定位算法設(shè)計(jì)可定位性理論定位誤差分析移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位安全定位算法典型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法質(zhì)心算法示意圖。圖中部署在網(wǎng)格上的節(jié)點(diǎn)是錨節(jié)點(diǎn)，待定位節(jié)點(diǎn)利用所監(jiān)聽到的錨節(jié)點(diǎn)的質(zhì)心作為自己的位置估計(jì)在網(wǎng)絡(luò)中，錨節(jié)點(diǎn)按照網(wǎng)格形狀部署并向網(wǎng)絡(luò)中廣播自己的位置信息。一個(gè)待定位節(jié)點(diǎn)會(huì)記錄所有它監(jiān)聽到的錨節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的位置。設(shè)一個(gè)待定位節(jié)點(diǎn)收

25、到了k個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置信息，則該節(jié)點(diǎn)將自己的位置估計(jì)為這k個(gè)錨節(jié)點(diǎn)所在位置的質(zhì)心。另有作者提出了如何利用測(cè)得的來自不同錨節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度來為不同的錨節(jié)點(diǎn)賦以不同的權(quán)值來改進(jìn)定位精度。在DV-HOP15算法中，每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)先收集到其它所有錨節(jié)點(diǎn)的最短路徑的跳數(shù)，然后根估計(jì)每跳平均距離。每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)在計(jì)算出自己的平均每跳距離之后就會(huì)向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中廣播這個(gè)值。定位技術(shù)的發(fā)展前景雖然已經(jīng)取得了很多的研究成果，但是目前仍然也還存在著一些問題，沒有得到很好的解決，需要進(jìn)一步的研究。在全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)方面，雖然GPS已經(jīng)獲得的大規(guī)模的應(yīng)用，但是GPS系統(tǒng)的更新和改進(jìn)一直在進(jìn)行。在室外無線定位方面，目前的主要研究熱

26、點(diǎn)是如何在定位技術(shù)的基礎(chǔ)上來更好的提供基于位置的服務(wù)。手機(jī)用戶的迅猛增加帶來了巨大的商機(jī)，如何利用這個(gè)機(jī)會(huì)，根據(jù)個(gè)人信息提供更為精準(zhǔn)的服務(wù)是一個(gè)很值得研究的方向。對(duì)于基于RFID的室內(nèi)無線定位系統(tǒng)來說，目前研究的主要是如何提高定位的精度，降低室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境對(duì)定位誤差的影響，并且盡量少的減少系統(tǒng)的開銷對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，目前的研究熱點(diǎn)集中在不規(guī)則部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中測(cè)距無關(guān)的定位算法的設(shè)計(jì)以及測(cè)距存在誤差情況下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可定為性研究方面。查找相關(guān)文獻(xiàn)，了解基于位置的服務(wù)相關(guān)研究進(jìn)展。想象一下，你作為某種用戶，需要什么類型的位置服務(wù)？除了本章所給出的應(yīng)用之外，請(qǐng)?jiān)俳o出定位系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的

27、幾個(gè)典型應(yīng)用。本章思考與練習(xí)GPS定位系統(tǒng)在智能交通系統(tǒng)中是如何發(fā)揮作用的？GPS定位系統(tǒng)和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中計(jì)算用戶位置的方式有何不同？哪種更好？你使用過蜂窩定位系統(tǒng)的服務(wù)嗎？如果是，它屬于何種類型的蜂窩定位技術(shù)？請(qǐng)描述GPS定位系統(tǒng)和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的組成。與室外無線定位相比，室內(nèi)無線定位面臨哪些挑戰(zhàn)？如何提高基于RFID標(biāo)簽的定位方法的精度？LANDMARC定位系統(tǒng)中參考標(biāo)簽的主要作用是什么？請(qǐng)分析質(zhì)心算法的定位誤差。 在二維空間中，利用到3個(gè)基站的距離就可以算出用戶的位置。但是如果測(cè)距存在誤差，對(duì)應(yīng)的三個(gè)圓可能不會(huì)交于一點(diǎn)。這時(shí)使用到多個(gè)基站的距離可以有效的改進(jìn)定位精度。這種方法稱作多邊定位。

28、請(qǐng)查找多邊定位的相關(guān)資料并推導(dǎo)出多邊定位的公式。1、不是井里沒有水，而是你挖的不夠深。不是成功來得慢，而是你努力的不夠多。2、孤單一人的時(shí)間使自己變得優(yōu)秀，給來的人一個(gè)驚喜，也給自己一個(gè)好的交代。3、命運(yùn)給你一個(gè)比別人低的起點(diǎn)是想告訴你，讓你用你的一生去奮斗出一個(gè)絕地反擊的故事，所以有什么理由不努力!4、心中沒有過分的貪求，自然苦就少?？诶锊徽f多余的話，自然禍就少。腹內(nèi)的食物能減少，自然病就少。思緒中沒有過分欲，自然憂就少。大悲是無淚的，同樣大悟無言。緣來盡量要惜，緣盡就放。人生本來就空，對(duì)人家笑笑，對(duì)自己笑笑，笑著看天下，看日出日落，花謝花開，豈不自在，哪里來的塵埃!5、心情就像衣服，臟了就

29、拿去洗洗，曬曬，陽光自然就會(huì)蔓延開來。陽光那么好，何必自尋煩惱，過好每一個(gè)當(dāng)下，一萬個(gè)美麗的未來抵不過一個(gè)溫暖的現(xiàn)在。6、無論你正遭遇著什么，你都要從落魄中站起來重振旗鼓，要繼續(xù)保持熱忱，要繼續(xù)保持微笑，就像從未受傷過一樣。7、生命的美麗，永遠(yuǎn)展現(xiàn)在她的進(jìn)取之中;就像大樹的美麗，是展現(xiàn)在它負(fù)勢(shì)向上高聳入云的蓬勃生機(jī)中;像雄鷹的美麗，是展現(xiàn)在它搏風(fēng)擊雨如蒼天之魂的翱翔中;像江河的美麗，是展現(xiàn)在它波濤洶涌一瀉千里的奔流中。8、有些事，不可避免地發(fā)生，陰晴圓缺皆有規(guī)律，我們只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改變它的軌跡。9、與其埋怨世界，不如改變自己。管好自己的心，做好

30、自己的事，比什么都強(qiáng)。人生無完美，曲折亦風(fēng)景。別把失去看得過重，放棄是另一種擁有;不要經(jīng)常艷羨他人，人做到了，心悟到了，相信屬于你的風(fēng)景就在下一個(gè)拐彎處。10、有些事想開了，你就會(huì)明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎樣，最后收拾殘局的還是要靠你自己。11、人生的某些障礙，你是逃不掉的。與其費(fèi)盡周折繞過去，不如勇敢地攀登，或許這會(huì)鑄就你人生的高點(diǎn)。12、有些壓力總是得自己扛過去，說出來就成了充滿負(fù)能量的抱怨。尋求安慰也無濟(jì)于事，還徒增了別人的煩惱。13、認(rèn)識(shí)到我們的所見所聞都是假象，認(rèn)識(shí)到此生都是虛幻，我們才能真正認(rèn)識(shí)到佛法的真相。錢多了會(huì)壓死你，你承受得了

31、嗎?帶，帶不走，放，放不下。時(shí)時(shí)刻刻發(fā)悲心，饒益眾生為他人。14、夢(mèng)想總是跑在我的前面。努力追尋它們，為了那一瞬間的同步，這就是動(dòng)人的生命奇跡。15、懶惰不會(huì)讓你一下子跌倒，但會(huì)在不知不覺中減少你的收獲;勤奮也不會(huì)讓你一夜成功，但會(huì)在不知不覺中積累你的成果。人生需要挑戰(zhàn)，更需要堅(jiān)持和勤奮!16、人生在世：可以缺錢，但不能缺德;可以失言，但不能失信;可以倒下，但不能跪下;可以求名，但不能盜名;可以低落，但不能墮落;可以放松，但不能放縱;可以虛榮，但不能虛偽;可以平凡，但不能平庸;可以浪漫，但不能浪蕩;可以生氣，但不能生事。17、人生沒有筆直路，當(dāng)你感到迷茫、失落時(shí)，找?guī)撞窟@種充滿正能量的電影，坐

32、下來靜靜欣賞，去發(fā)現(xiàn)生命中真正重要的東西。18、在人生的舞臺(tái)上，當(dāng)有人愿意在臺(tái)下陪你度過無數(shù)個(gè)沒有未來的夜時(shí)，你就更想展現(xiàn)精彩絕倫的自己。但愿每個(gè)被努力支撐的靈魂能吸引更多的人同行。1、想要體面生活，又覺得打拼辛苦；想要健康身體，又無法堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)。人最失敗的，莫過于對(duì)自己不負(fù)責(zé)任，連答應(yīng)自己的事都辦不到，又何必抱怨這個(gè)世界都和你作對(duì)？人生的道理很簡單，你想要什么，就去付出足夠的努力。2、時(shí)間是最公平的，活一天就擁有24小時(shí)，差別只是珍惜。你若不相信努力和時(shí)光，時(shí)光一定第一個(gè)辜負(fù)你。有夢(mèng)想就立刻行動(dòng)，因?yàn)楝F(xiàn)在過的每一天，都是余生中最年輕的一天。3、無論正在經(jīng)歷什么，都請(qǐng)不要輕言放棄，因?yàn)閺膩頉]有一

33、種堅(jiān)持會(huì)被辜負(fù)。誰的人生不是荊棘前行，生活從來不會(huì)一蹴而就，也不會(huì)永遠(yuǎn)安穩(wěn)，只要努力，就能做獨(dú)一無二平凡可貴的自己。4、努力本就是年輕人應(yīng)有的狀態(tài)，是件充實(shí)且美好的事，可一旦有了表演的成分，就會(huì)顯得廉價(jià)，努力，不該是為了朋友圈多獲得幾個(gè)贊，不該是每次長篇贅述后的自我感動(dòng)，它是一件平凡而自然而然的事，最佳的努力不過是：但行好事，莫問前程。愿努力，成就更好的你！5、付出努力卻沒能實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想，愛了很久卻沒能在一起的人，活得用力卻平淡寂寞的青春，遺憾是每一次小的挫折，它磨去最初柔軟的心智、讓我們懂得累積時(shí)間的力量；那些孤獨(dú)沉寂的時(shí)光，讓我們學(xué)會(huì)守候內(nèi)心的平和與堅(jiān)定。那些脆弱的不完美，都會(huì)在努力和堅(jiān)持下，改變模樣。6、人生中總會(huì)有一段艱難的路，需要自己獨(dú)自走完，沒人幫助，沒人陪伴，不必畏懼，昂頭走過