《物联网导论》第4章 定位系统.pptx

第4章 定位技术;目录;;;本章各小节目录;4.1 位置信息;还需要动态地调整方案，为此可能还要事先做好备用方案。 到了互联网时代，情况发生了改观。 到了物联网时代，情况再一次发生了巨大的变革。人们不再需要做事前的准备。 是什么使人们的任务变轻松了呢？隐藏在各种琳琅满目的自动化服务背后的是一个共同的信息——位置。位置信息可以说是最重要的信息之一。在军事上，地理因素经常对占据起着关键性的作用。在日常生活中，位置信息也有着重要的作用。 位置信息不只是空间信息。具体而言，位置信息包括三大要素：所在的地理位置、处在该地理位置的时间、处在该地理位置的对象（人或设备）。也就是说，位置信息承载了“时间”、“空间”、“人物”三大关;键信息，其信息的内涵可谓十分丰富。利用这些信息，不仅可以“因地制宜”，提供所在地附近的相关服务，还可以根据时间“见机行事”，提供时效性更加的服务，更可以“因人而异”，提供个性化的定制服务。 既然位置信息如此重要，如何获取位置信息就理所当然地成为了物联网时代的一个重要研究课题。如今人们平时携带的手机，都可以配备上GPS定位模块。根据ABI Research的一项调查数据显示，2009年全球GPS手机的销量达到2.4亿台。 现实中有哪些成熟的定位系统？这些定位系统又是使用了怎样的原理来确定人们的位置？本章将通过一一解答这些问题，带您走近定位科学。;4.2 定位系统;4.2.1 GPS GPS(Global Positioning System)是目前世界上最常用的卫星导航系统。GPS计划开始于1973年，由美国国防部领导下的卫星导航定位联合计划局（JPO）主导进行研究。经过数十年的研究和试验，1989年正式开始发射GPS工作卫星，1994年，第24颗（也是最后一颗）工作卫星的发射，标志着GPS卫星星座组网的完成，从此GPS正式投入使用。 由于美国国防部的背景，GPS系统最初被设计为军用。1983年，时任美国总统的里根做出指示，当GPS的研究与应用成熟后，…。然而，在GPS投入使用后，对民间应用仍有诸多限制，仅有军用接收机可以享受到高质量的信号（精度可达20m），供民用的信号质量被;故意降低（精度约300m）。2000年5月1日，美国总统比尔.克林顿命令取消GPS系统的这种区别对待，从此民用GPS信号也可以达到20m的精度，极大地拓展了GPS在民用工业方面的应用。 由于GPS在军事及民用方面的应用效果显著，为了避免战时受制于人，其他的国家也陆续展开了卫星导航系统的研究与部署。俄罗斯的GLONASS，中国的北斗，欧盟的伽利略。我国的北斗二号将实现全球信号覆盖。 GPS系统由以下三大部分组成。 1）宇宙空间部分：GPS系统的宇宙空间部分由24颗工作卫星构成，最初的设计将24颗卫星均匀分布到3个轨道平面上，每个平面8颗卫星，但之后改为采用6轨道平面，每个平面4颗卫星的设计。GPS的卫星布局保证在地表绝大多数位置，任一时刻都有至少6颗卫星在视线之内，可以进行定位。;2）地面监控部分：GPS系统的地面监控部分包括1个位于美国科罗拉多州Schriever空军基地的主控中心（Master Control Station，MCS），4个专用的地面天线，以及6个专用的监视站。此外还有一个紧急状况下备用的主控中心，位于马里兰州盖茨堡。 3）用户设备部分：要使用GPS系统，用户端必须具备一个GPS专用接收机。接收机通常包括一个和卫星通信的专用天线，用于位置计算的处理器，以及一个高精度的时钟。随着技术的发展，GPS接收机变得越来越小型和廉价，已经可以集成到大多数日用电子设备中，目前配备有GPS接收机的手机已不在少数。 GPS定位的基本运作原理很简单，首先测得接收机与三个GPS卫星之间的距离，然后通过三点定位方式确定接收机的位置。;了解了三点定位的原理之后，问题只剩下一个：如何测得接收机与GPS卫星间的距离？每一颗GPS工作卫星都在不断地向外发送信息，每条信息中都包含有信息发出的时刻，以及卫星在该时刻的坐标。接收机会接收这些信息，同时根据自己的时钟记录下接收到信息的时刻。这样，用接收到信息的时刻，减去信息发出的时刻，就得到信息在空间中传播所用的时间。将这个时间乘上信息传播的速度（信息通过电磁波传递，其速度等于光速），就得到了接收机到信息发出时的卫星坐标之间的距离。 根据GPS的工作原理，可以看出时钟的精确度对定位的精度有着极大的影响。目前GPS工作卫星上搭载的是铯原子钟，精度极高，140万年才出现1秒的误差。然而，由于成本受限，接收机上面的时钟不可能拥有和;星载时钟同样的精度，而即使是微小的计时误差，乘上光速之后也会变得不容忽视。因此，尽管理论上三颗卫星就已足够进行定位，但是实际上GPS定位需要借助至少四颗卫星。换句话说，所处的位置必须至少能接收