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室内定位技术的发展现状及前景分析


室内定位技术的发展现状及前景分析 摘要:从室内定位的角度出发,以 GPS 定位技术作为比较,分析了我国北斗系统定位技术的 发展现状及前景。 介绍了 GPS 系统和北斗系统现有的多种定位方式与解算算法, 并总结出北 斗系统的优势。北斗卫星导航系统正式提供服务以来.,地基增强系统的建设在我国陆续展 开, 多个地区的地基增强系统已经建立完成,借助于地基增强系统能够实现更好的室内定 位,

达到优于厘米级的高精度服务。分析了现有的室内定位技术、存在的问题以及近期的研 究热点。 关键词:GPS;北斗系统;地基增强系统;室内定位 引言 现如今,GPS 定位技术已经应用到生活的各个领域,作为国内正在发展的北斗系统, 也需要进一步提高定位精度,尤其是在室内环境的精确定位。 一.北斗简介 北斗,即北斗卫星导航系统,是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系 统。主要目的是位全球用户提供高质量的定位、导航、授时服务,并能向有更高要求的授权 用户提供进一步服务,军用与民用目的兼具。中国的北斗导航系统和美国 GPS、俄罗斯格罗 纳斯、欧盟伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。 二.GPS 和北斗的定位方式 2.1 GPS 定位方式 GPS 定位是结合了 GPS 技术、无线通信技术、图像处理技术及 GIS 技术的定位技术,主 要可实现如下功能:1.跟踪定位 2.轨迹回放 3.报警(报告) 4.地图制作功能 5.里程统计 GPS 定位的方法是多种多样的,用户可以根据不同的用途采用不同的定位方法。 (1)根据定位所采用的观测值 伪距 GPS 定位, 伪距定位所采用的观测值为 GPS 伪距观测值, 所采用的伪距观测值既可 以是 C/A 码伪距,也可以是 P 码伪距。伪距定位的优点是数据处理简单,对定位条件的要求 低,不存在整周模糊度的问题,可以非常容易地实现实时定位;其缺点是观测值精度低,C/A 码伪距观测值的精度一般为 3 米,而 P 码伪距观测值的精度一般也在 30 个厘米左右,从而 导致定位成果精度低,另外,若采用精度较高的 P 码伪距观测值,还存在 AS 的问题。 载波相位 GPS 定位,载波相位定位所采用的观测值为 GPS 的载波相位观测值,即 L1、 L2 或它们的某种线性组合。载波相位定位的优点是观测值的精度高,一般优于 2 个毫米;其 缺点是数据处理过程复杂,存在整周模糊度的问题。 (2)根据定位的模式 绝对 GPS 定位,绝对定位又称为单点定位,这是一种采用一台接收机进行定位的模式, 它所确定的是接收机天线的绝对坐标。 这种定位模式的特点是作业方式简单, 可以单机作业。 绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。 相对 GPS 定位,相对定位又称为差分定位,这种定位模式采用两台以上的接收机,同时 对一组相同的卫星进行观测,以确定接收机天线间的相互位置关系。 2.2 北斗定位方式 北斗定位方式分单点定位和相对(差分)定位。单点定位就是根据一台接收机的观测数 据来确定接收机位置的方式,它只能采用伪距观测量,可用于车船等的概略导航定位。相对 (差分) 定位是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法, 它既 可采用伪距观测量也可采用相位观测量, 大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对 定位。

伪距单点定位因其速度快捷、 灵活方便、 只需价格低廉的单频接收机且无多值性问题等 特点,能够很好地满足实时测量的要求,被广泛用于车辆、舰船、飞机的导航,地质矿产的 野外勘测以及海洋捕鱼等领域。 但在实际定位中, 由于卫星钟差、 星星历误差、 相对论效应、 对流层折射以及电离层折射等因素对伪距单点定位的影响, 其定位精度受到一定限制, 难以 达到较高的精度。 对于单点定位而言, 相对定位是指确定一地面点相对于另一点的坐标, 即假定至少已知 一测站点的坐标, 利用两台或多台接收机同时观测卫星数据, 解算其余未知测站的坐标参数。 北斗伪距单点定位精度与 GPS 单点定位精度差距不大, 但是仍然不能满足高精度的需求, 因 此就需要用到差分相对定位的方法。它消除或削弱卫星钟差、接收机钟差、以及大气延迟等 影响,进一步提高了定位精度。 三.地基增强系统 为了实现在地面空间内更精准的定位及导航目的, 必须建立相应的地面增强系统。 国际 民航组织提出了地基增强系统的概念。 3.1 GPS 地基增强系统组成 GPS地基增强系统基本由三个部分组成,导航卫星子系统,地面子系统和相应的客户端 系统。例如用于航空导航定位的地面增强系统是由3部分组成: 导航卫星子系统,地面子系 统和机载子系统。 3.2 北斗地基增强系统 北斗地基增强系统可提供优于米级,甚至达到厘米级的导航位置服务,还将为重点区域 和特定场所实现室内外无缝定位服务覆盖提供基础支撑。 该北斗地基增强系统主要是由四个子系统组成的: 北斗差分基站子系统、 数据处理子系 统、远程应用服务子系统、北斗差分终端子系统。 系统工作流程: 各北斗差分基站同时将差分数据发送到数据处理中心的服务器上, 数据 处理中心通过软件对接收到的差分信息进行综合优化处理, 并通过3G网络同步发送给北斗差 分终端。 北斗差分终端通过3G网络连接数据处理中心服务器, 并接收差分数据实现差分定位, 同时实时回传本地车载信息和高精度定位信息到数据处理中心服务器。 远程应用服务系统可 以通过客户端访问数据处理中心服务器,对整个系统实施监控、调度和管理。 四.室内定位现状和发展趋势 4.1 现有的室内定位技术 现有的室内技术大概有:红外线室内定位技术,超声波定位技术,蓝牙定位技术,射频 识别(RFID)定位技术,超宽带(UWB)定位技术,WIFI 定位技术,ZigBee 定位技术,计算 机视觉定位技术,磁场定位技术,信标定位技术等。 4.2 室内定位技术遇到的主要问题及术未来可能的研究热点 现在,已有大量技术应用于室外和室内定位,如 GPS,射频识别,WI-FI 等。然而,这些 技术都必须通过各自的协议使用自带的应用程序接口,严重阻碍异构方案的发展。 (1)定位技术互补融合 随着互联网、无线通信、计算机技术、测绘技术和设备制造等关键技术的飞速发展,室 内定位向着多技术互补融合的方向发展。 通过多技术融合互补的方式弥补某一项定位技术的 劣势,如何将不同的技术融合起来将是研究的热点。 (2)室内定位应用领域不断扩展 精准的室内定位技术向室内用户提供有用的、 有针对性的市场与服务内容的关键, 是一 个需要填补的技术缺口。人们大部分时间都是在室内,室内定位技术与其实现的应用之间, 绝对存在着协同效应。


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