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常见手机定位方法概述 【摘要】：本文简要介绍了常见的手机定位算法的原理，并详细地介谷歌地球所使用的E-OTD技术的实现过程。最后，本文还对这些方法的共同原理进行了总结。 关键词：手机定位 E-OTD 总结 常用手机定位方法 1.1到达时间TOA(Time of Arrival)定位 TOA技术原理:先测量出从移动台发出的信号到达基站i的时间，那么就可以得到移动台与基站i之间的距离(其中，c=3x108m/s，指电磁波在空气中的传播速度) 于是，在利用到达时间进行定位的方法中，移动台位置坐标和定位基站位置坐标之间存在如下关系： 从上式可以看出，移动台的轨迹为一个以基站i为圆心，以它们之间的距离为半径的圆，只要我们能够得到移动台发出的信号分别到达3个不同定位基站的时间，就能确定3个这样的圆，它们的交点就是移动台所在的位置，通过联立求解方程组就能得到移动台的位置坐标，其原理图如图（1-1）： 图1-1 到达时间TOA(Time of Arrival)定位原理 TOA技术要求定位基站在时间上精确同步，否则定位精度将大大降低。当基站间存在1微秒的误差时，距离上会产生300米的误差。 1.2到达角AOA(Angle of Arrival)定位 到达角方法也称为到达方向方法(DOA，Direction Of Arrival)，简称DOA/AOA 方法，是利用多天线阵元来测量移动台发出的信号的到达角，一个DOA测量值 使目标移动台的位置必然处于以该测得的DOA画出的一条直线上，如果我们从 两处不同位置上的两个天线上测得至少两个DOA值，那么目标移动台的位置就 一定处于从这两个天线处发出的两条直线的交点上，在通常情况下，利用多个测 的DOA值来提供冗余信息可以达到提高定位精度的目的。下图显示了利用3个 天线阵来对目标移动台进行定位的原理： 图1-2 到达角AOA(如Angle of Arrival)定位原理 令移动台的位置为（x，y），第个基站的位置为，基站通过阵列天线测出移动台来波信号的入射角，则基站和移动台连线的直线方程可以写为： 通过两个或两个以上的基站，就可得到一组方程组，他们的交点即为待定移动台的位置。这种方法不会产生二义性，因为两条直线只能交于一点。 1.3到达时间差TDOA(Time Difference of Arrival)定位 到达时间差TDOA方法是通过测量目标移动台发出的信号到达多个接收基站 的时间差来对目标移动台进行定位的方法，即各接收基站对来自同一移动台的信号作到达时间TOA的测量，然后将各TOA值传送到定位处理中心，中心根据 TOA求出各基站间的TDOA并计算出目标的位置坐标。到达时间差TDOA定位技术的基本原理是一组TDOA测量值确定一对双曲线，该双曲线以参与该TDOA测量的两个接收基站为焦点，需要定位的目标移动台就在这对双曲线的某一条分支上，因此，通过求由两组TDAO值确定的两对双曲线的交点就可以得到移动用户的精确位置，其原理图如下图所示: 图 2-3到达时间差TDOA(Time Difference of Arrival)定位原理 设基站A、B间距离为b，M(x，y)为移动台的位置，移动台发射的信号到达A、B的时间分别为，，由此得到同一信号到达两个基站的时间差为： 相应的距离差为： 由此可列出以A，B为焦点双曲线方程，移动台在双曲线的一支上： 上式是一个典型的双曲线方程，焦点为A、B，并且确定了到达时间差为△t的移动台位置M(x，y)的轨迹。如果同时存在3个基站A、B、C，目标移动台在同一时刻发出的信号到达这三个基站的时间分别为。这样就可以获得两个时 间差：，于是可以确定类似(2.8)式的两组双曲线方程，联立求解两组双曲线的交点即为目标移动台所在位置M(x，y)。 图2-4 3个基站进行TDOA定位示意图 1.4增强观测时间差定位E-OTD E-OTD定位方法也是利用对信号传播时间差的估计来计算移动台位置的方法，与TDOA以方法不同的是，E-OTD使用下行链路信号来估计两个或多个基站到达移动台的时间差，由移动台测量得到的基站间信号的到达时间差称为移动台观测时间差(OTD)，当基站完全同步时，假设信号都是沿着直射路径到达移动台，根据OTD就可以估计出两个基站与移动台距离的差值。完全由于两个基站与移动台距离的差值引起的时间差称为地理位置时间差(GTD)，此时OTD=GTD，当基站间无法实现精