林吉

摘 要：無線通信技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，越來越多的應(yīng)用都需要自動(dòng)定位服務(wù)?！拔铩惫?jié)點(diǎn)位置是反映網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的重要信息，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用中占據(jù)重要地位。本文對(duì)當(dāng)今三類物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)進(jìn)行綜述，介紹它們各自的原理和應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)這些技術(shù)在精度、范圍和移動(dòng)性等方面進(jìn)行比較。

關(guān)鍵詞：定位技術(shù)；GPS；性能

中圖分類號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

物聯(lián)網(wǎng)通過實(shí)現(xiàn)人對(duì)物的管理、物對(duì)物的自主管理，達(dá)到物的信息網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)信息資源共享和交換。物聯(lián)網(wǎng)定位就是采用某種計(jì)算技術(shù)，測(cè)量在選定的坐標(biāo)系中人、設(shè)備、以及事件發(fā)生的位置，是物聯(lián)網(wǎng)科學(xué)發(fā)展和應(yīng)用的主要課題之一。物聯(lián)網(wǎng)中常用的定位技術(shù)主要有GPS、移動(dòng)蜂窩測(cè)量技術(shù)、WLAN、短距離無線測(cè)量（Zigbee、RFID）、WSN等。本文主要介紹了前3種技術(shù)的基本原理、定位特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，并對(duì)以上幾種技術(shù)性能進(jìn)行對(duì)比。

1. 定位技術(shù)分類

1.1 GPS定位。GPS是物聯(lián)網(wǎng)延伸到移動(dòng)物體，采集移動(dòng)物體信息的感知技術(shù)。其定位的基本原理是GPS接收機(jī)將高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，并測(cè)量出到衛(wèi)星的距離，計(jì)算出接收機(jī)運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息，當(dāng)接收到大于等于4顆GPS衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，便可列出4個(gè)定位方程，聯(lián)立可求出觀測(cè)點(diǎn)位置。GPS可實(shí)現(xiàn)全天候、高精度、連續(xù)迅速的三維定位 （緯度、經(jīng)度和高度）和測(cè)速，這在車輛導(dǎo)航管理，測(cè)繪與跟蹤服務(wù)中扮演著重要角色。圖1為GPS車載定位系統(tǒng)示意圖：天線捕獲并放大GPS 信號(hào)，GPS接收機(jī)記錄GPS 信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和濾波處理，還原出GPS 衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文，或采用測(cè)后處理的方式，獲得定位、測(cè)速、定時(shí)等數(shù)據(jù)。導(dǎo)航計(jì)算機(jī)承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的管理、控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。外設(shè)包括鍵盤和視屏監(jiān)控器等，是進(jìn)行人機(jī)交流部件。

1.2無線蜂窩定位。受移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的推動(dòng)，基于CDMA技術(shù)的3G及4G移動(dòng)通信能夠?qū)崿F(xiàn)民用級(jí)的導(dǎo)航定位，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的定位主要指對(duì)移動(dòng)臺(tái)的位置坐標(biāo)和定位精度估計(jì)，獲取時(shí)間戳等信息。有3種定位方案，方案一是基于移動(dòng)臺(tái)的定位系統(tǒng)，移動(dòng)臺(tái)接收多個(gè)發(fā)射機(jī)信號(hào)，確定其與各發(fā)射機(jī)的幾何位置關(guān)系，再由移動(dòng)臺(tái)計(jì)算出位置。主要定位方法有：應(yīng)用于TDMA系統(tǒng)的下行鏈路E-OTD方法、上行鏈路TDOA方法和應(yīng)用于CDMA系統(tǒng)的下行鏈路OTDOA-IPDL方法。方案二是基于網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)，是接收機(jī)同時(shí)檢測(cè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)，將接收信號(hào)攜帶的移動(dòng)臺(tái)位置信息送到網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)中心處理，計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)的位置。方法有：基于Cell-ID或基于TA方法，上行鏈路TOA、TDOA和AOA定位方法。方案三是借助于GPS輔助定位系統(tǒng)，由集成在移動(dòng)臺(tái)的GPS定位裝置實(shí)現(xiàn)定位功能。

1.3 WLAN定位技術(shù)。WLAN定位就是在無線局域網(wǎng)中通過對(duì)接收到的無線電信號(hào)的特征信息進(jìn)行分析，根據(jù)特定的算法來計(jì)算出被測(cè)物體所在的位置。首先，系統(tǒng)建立WLAN信號(hào)在覆蓋區(qū)域下的信號(hào)空間，推導(dǎo)出信號(hào)覆蓋的覆蓋模型。然后，無線局域網(wǎng)定位系統(tǒng)在需要被定位的WLAN客戶端進(jìn)行空間信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣，采集的數(shù)據(jù)指用戶攜帶的無線通信設(shè)備測(cè)量出到達(dá)用戶的無線信號(hào)指標(biāo)，包括信號(hào)傳輸時(shí)間（TOA）、到達(dá)角度（AOA）、強(qiáng)度（RSS），定位模塊利用采集到的這些信息，搜索相應(yīng)的定位算法，得出位置預(yù)測(cè)結(jié)果，并最終通過顯示模塊顯示出來，如圖2所示。

2.定位技術(shù)性能對(duì)比

GPS定位范圍最廣，定位精度小于50m，定位精度相對(duì)最高，支持節(jié)點(diǎn)高移動(dòng)性，但GPS成本過高，冷啟動(dòng)時(shí)間長，首次定位需要1分鐘，并易受電磁屏蔽影響，GPS不能室內(nèi)定位。蜂窩定位的優(yōu)勢(shì)在于定位方便，速度快，只要定位終端處于移動(dòng)通信的覆蓋范圍內(nèi)，便可隨時(shí)定位，不受天氣，建筑物的影響，但定位精度和定位范圍遜于GPS，在基站不足的偏遠(yuǎn)地區(qū)，無法定位。WLAN定位速度快，但精度低，可在室內(nèi)進(jìn)行，但必須在互聯(lián)網(wǎng)支持下運(yùn)行，定位范圍有限，WLAN將在較長時(shí)間內(nèi)稱為蜂窩系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充。另外兩個(gè)短距離的定位技術(shù)Zigbee和RFID都支持移動(dòng)性且靈活性高，Zigbee優(yōu)點(diǎn)是功耗低，時(shí)延短，缺點(diǎn)是只能專網(wǎng)專用，數(shù)據(jù)傳輸速率低，適用于較小區(qū)域內(nèi)長時(shí)間的定位，精度可達(dá)1～3m。RFID實(shí)現(xiàn)成本低，用于人員的識(shí)別定位并不側(cè)重位置精度，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，定位時(shí)間少于1s，可在惡劣的環(huán)境下工作，顯著優(yōu)勢(shì)是安全性好、成本低，但作業(yè)距離近。

結(jié)語

綜上所述，定位技術(shù)有其自身的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，物聯(lián)網(wǎng)感知終端所在的環(huán)境不同，實(shí)際中可根據(jù)定位場(chǎng)景的需要選擇相應(yīng)技術(shù)。面對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，任何單一種定位方法不足以滿足需求時(shí)，只有將他們有機(jī)結(jié)合起來才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

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