物联网导论(第11章物联网定位技术)幻灯片.pptx

第11章 物联网定位技术;通过本章的学习，掌握GPS、移动蜂窝测量技术、WLAN、短距离无线测量、WSN这些物联网中常用的定位技术的基本原理，主要参数和应用场合。;物联网定位技术 GPS的组成 C/A码、P码与Y码 GPS定位、测速和授时 细微特征匹配 指纹室内定位技术;所谓“物联网定位”，就是在所选定的坐标系中，确定“物”的坐标。所谓“物联网定位技术”就是采用某种测量和计算技术测量“物”在所选定坐标系中的坐标。对选定坐标系中“物”的定位，首先是测量其坐标系中的各维度的坐标，在实际应用中，我们所测量的空间是三维空间。因此，在定位测量中，一般需要测量“物”的三个维度的坐标。 在物联网中常用的定位技术主要有GPS/北斗、移动蜂窝测量技术、WLAN、短距离无线测量、WSN、UWB（超宽带）等。本章我们主要介绍GPS、蜂窝定位、以及WLAN定位技术。;主要定位技术特点对比;11.2 GPS定位技术;GPS是Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的缩写ANVSTAR/GPS的简称。其含义是利用导航卫星进行定时和测距的全球定位系统。 GPS是一种全天候空基导航系统，用于精密定位、测速和提供精密时间，它可以看作一种卫星从空间已知位置发射信号，用户接收信号测定到达卫星距离的测距系统。 通过测量到四颗卫星的伪距，解定位方程，可求得用户在空间的三维位置坐标和时钟差四个未知数。;GPS由卫星部分、地面控制部分和用户设备组成。;实际星座是由24颗卫星组成，均匀分布在6个倾角为55°轨道面上，其中三颗为有源在轨备用卫星。GPS卫星由收发设备、操作系统和各种辅助设备、太阳能电池等组成。 为了测量卫星至接收机的伪距，卫星发射三种伪随机码（简称伪码）信号，即C/A码、P码与Y码，它们分别调制在二个载频上发射。;C/A码—粗测/捕获码，为民间用户提供标准定位服务(SPS)； P码—精密码，为美国军方用户和特许的用户提供精密定位服务(PPS)。 P码是必威体育官网网址码，但P码的编码方式巳公开。为了严格限制非特许的用户使用P码，美国在1994年1月31日在卫星上实施了反电子欺骗A-S(Anti-Spooting)的技术措施，将P码进一步加密编译成Y码。Y码是P码与一个被称为W码的密码模二相加而成的。这样，倘若发射虚假的P码信号进行电子欺骗，使对方产生错误定位，对方只要采用装有选择Y码附加芯片的P码接收机，不接收这种假信号，就可达到防止电子欺骗的目的。;控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成，它的任务是跟踪所有自卫星，进行卫星轨道参数和卫星钟钟差测定，并将预测轨道修正参数和各个卫星的钟差数据注入卫星，它还有控制卫星飞行姿态、控制SA的大小和接通与不接通A-S等功能。;GPS用户设备包括GPS接收机和传感器。它的种类繁多，例如按工作原理可分为伪距法、载波相位法、多普勒法相干涉法接收机，按用途可分为导航、测量、跟踪、授时等接收机。;（1）导航与车辆管理：为船舶，汽车，飞机等运动物体进行定位导航。为车辆进行管理监控， 配合智能交通提供实时道路信息。 （2）测绘与跟踪服务：为测绘人员提供精确的二维坐标。为人员和车辆提供航迹跟踪服务。另外，在军事和国防方面能为各种精确武器提供制导。;11.2.2轨道参数;卫星运行的轨迹称为轨道，描述卫星空间轨道位置与状态的参数称为轨道参数。在GPS定位时，根据GPS卫星的轨道参数计算卫星在任一瞬间的位置，从而计算测点的位置。 根据开普勒定律，可以推导出用来计算卫星位置的轨道参数。如果只考虑地球对卫星的引力，井把地球当作理想球体，卫星在空间的位置可由以下6个轨道参数确定，如图7.2.1所示。;轨道参数示意图;（1）轨道倾角i （2）升交点赤径 （3）近地点角距 （4）轨道椭圆长半轴as （5）轨道椭圆偏心率es （6）真近点角Vs （7）卫星摄动轨道和摄动运行的轨道参数;利用卫星定位必须首先计算卫星的位置，然后根据卫星所在位置和对卫星的观测量（在GPS中为伪距或相位）计算观测点的位置。GPS卫星通过发播电文向用户提供有关卫星轨道参数等信息，此类信息称为导航电文。卫星位置的计算就是以导航电文中给出的某些参数进行计算的。 在地球上任一点观测卫星，最直观方便的是知道卫星所在的瞬时位置，即知道相对于观测者的方位和仰角（高度）。为此，必须将卫星的地心坐标转换到以观测点为中心的站心坐标系中。;11.2.3 GPS定位、测速和授时原理;GPS定位按照测量方法分为伪距测量法、多普勒测量法、载波相位测量法和干涉法四种，以下仅介绍伪距测量法。;测定卫星与用户之间的距离来确定用户位置的，称为卫星测距定位。用户接收机接收卫星信号，测定卫星至用户的传播时间，从而确定卫星至