精密单点定位技术及其应用

精密单点定位技术及其应用

摘要：GPS 精密单点定位技术是目前GPS 研究领域的热点之一。文中先简要介绍了精密单点定位的数学模型、数据处理总体思路。探讨了精密单点定位技术的定位原理及误差来源, 并比较了精密单点定位与RTK, 展望了精密单点定位技术在城市建设中的应用。

关键词：精密单点定位；解算过程；误差源；应用

1.前言

精密单点定位是利用全球若干地面跟踪站的GPS观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差, 对单台GPS 接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。利用这种预报的GPS 卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据；同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GPS 定位观测值方程中的卫星钟差参数；用户利用单台GPS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2- 4dm级的精度, 进行实时动态定位或2- 4cm级的精度进行较快速的静态定位, 精密单点定位技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术,也是GPS 定位方面的前沿研究方向。

2 精密单点定位基本原理

GPS 精密单点定位一般采用单台双频GPS 接收机, 利用IGS 提供的精密星历和卫星钟差,基于载波相位观测值进行的高精度定位。所解算出来的坐标和使用的IGS 精密星历的坐标框架即ITRF 框架系列一致, 而不是常用的WGS- 84 坐标系统下的坐标,因此IGS 精密星历与GPS 广播星历所对应的参考框架不同。

2.1 ITRF 参考框架

ITRF 是国际协议地球参考系(ITRS)的具体体现,ITRF 的构成是基于VLBI、LLR、SLR、GPS 和DORIS 等空间大地测量技术和观测数据, 由IERS 中心局IERS CB 分析得到一组全球的站坐标和速度场。IERS 中心局每年将全球跟踪站的观测数据进行综合处理和分析, 得到一个ITRF 框架,并以IERS 年报和IERS 年报和

IERS 技术备忘录的形式发布。ITRF 的定义是通过对框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现。不同时期ITRF 框架之间的四个基准分量定义是不同的,存在很小的系统性的差异,当然这些差异可以通过7个参数表示。

2.2 精密单点定位数学模型

GNSS精密单点定位基本原理及应用

GNSS精密单点定位基本原理及应用 【摘要】文中详细介绍了GN SS精密单点定位技术的基本原理及在各领域中的应用前景，供国土测绘界同行参考。 【关键词】GN SS；精密单点定位；大地测量 1.前言 精密单点定位是指利用全球若干地面跟踪站的GNSS观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差，对单台GNSS接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算，利用这种预报的GNSS卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据；同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GNSS定位观测值方程中的卫星钟差参数；用户利用单台GNSS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2- 4dm级的精度，进行实时动态定位或2- 4cm级的精度进行较快速的静态定位，精密单点定位技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术，也是GNSS 定位方面的前沿研究方向。 2.精密单点定位基本原理 单点定位是利用卫星星历和一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法，其优点是一台接收机单独定位，观测组织和实施方便，数据处理简单。缺点是精度主要受系统性偏差（卫星轨道、卫星钟差、大气传播延迟等）的影响，定位精度低。应用领域：低精度导航、资源普查、军事等。对于单点定位的几何描述，保持GNSS卫星钟同GNSS接收机钟同步；GNSS卫星和接收机同时产生相同的信号；采用相关技术获得信号传播时间；GNSS卫星钟和GNSS接收机钟难以保持严格同步，用相关技术获得的信号传播时间含有卫星钟和接收机钟同步误差的影响。单点定位虽然是只需要一台接收机即可，但是单点定位的结果受卫星星历误差、卫星钟差以及卫星信号传播过程中的大气延迟误差的影响较为显著，故定位精度一般较差。 精密单点定位为技术针对单点定位中的影响，采用了精密星历和精密卫星钟差、高精度的载波相位观测值以及较严密的数学模型的技术，如用户利用单台GNSS 双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内，点位平面位置精度可达1- 3cm，高程精度可达2- 4cm，实时定位的精度可达分米级。 利用上述推导的观测模型，即可采用卡尔曼滤波的方法或最小二乘法进行非差精密单点定位计算，在解算时，位置参数在静态情况下可以作为常未知数处理；在未发生周跳或修复周跳的情况下，整周未知数当作常数处理，在发生周跳的情况下，整周未知数当作一个新的常数参数进行处理；由于接收机钟较不稳定，且存在着明显的随机抖动，因此将接收机钟差参数当作白噪声处理；而对流层影响变化较为平缓，可以先利用Saastamonen或其他模型改正，再利用随机游走的方

精密单点定位技术及其应用

精密单点定位技术及其应用 摘要：GPS 精密单点定位技术是目前GPS 研究领域的热点之一。文中先简要介绍了精密单点定位的数学模型、数据处理总体思路。探讨了精密单点定位技术的定位原理及误差来源, 并比较了精密单点定位与RTK, 展望了精密单点定位技术在城市建设中的应用。 关键词：精密单点定位；解算过程；误差源；应用 1.前言 精密单点定位是利用全球若干地面跟踪站的GPS观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差, 对单台GPS 接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。利用这种预报的GPS 卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据；同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GPS 定位观测值方程中的卫星钟差参数；用户利用单台GPS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2- 4dm级的精度, 进行实时动态定位或2- 4cm级的精度进行较快速的静态定位, 精密单点定位技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术,也是GPS 定位方面的前沿研究方向。 2 精密单点定位基本原理 GPS 精密单点定位一般采用单台双频GPS 接收机, 利用IGS 提供的精密星历和卫星钟差,基于载波相位观测值进行的高精度定位。所解算出来的坐标和使用的IGS 精密星历的坐标框架即ITRF 框架系列一致, 而不是常用的WGS- 84 坐标系统下的坐标,因此IGS 精密星历与GPS 广播星历所对应的参考框架不同。 2.1 ITRF 参考框架 ITRF 是国际协议地球参考系(ITRS)的具体体现,ITRF 的构成是基于VLBI、LLR、SLR、GPS 和DORIS 等空间大地测量技术和观测数据, 由IERS 中心局IERS CB 分析得到一组全球的站坐标和速度场。IERS 中心局每年将全球跟踪站的观测数据进行综合处理和分析, 得到一个ITRF 框架,并以IERS 年报和IERS 年报和 IERS 技术备忘录的形式发布。ITRF 的定义是通过对框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现。不同时期ITRF 框架之间的四个基准分量定义是不同的,存在很小的系统性的差异,当然这些差异可以通过7个参数表示。 2.2 精密单点定位数学模型

(精密单点定位)

简介 精密单点定位--precise point positioning（PPP） 所谓的精密单点定位指的是利用全球若干地面跟踪站的GPS 观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差, 对单台GPS 接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。利用这种预报的GPS 卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据; 同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GPS 定位观测值方程中的卫星钟差参数; 用户利用单台GPS 双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2- 4dm级的精度, 进行实时动态定位或2- 4cm级的精度进行较快速的静态定位, 精密单点定位技术 是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术,也是GPS 定位方面的前沿研究方向。 编辑本段精密单点定位基本原理 GPS 精密单点定位一般采用单台双频GPS 接收机, 利用IGS 提供的精密星历和卫星钟差,基于载波相位观测值进行的高精度定位。所解算出来的坐标和使用的IGS 精密星历的坐标框架即ITRF 框架系列一致, 而不是常用的WGS- 84 坐标系统下的坐标,因此IGS 精密星历与GPS 广播星历所对应的参考框架不同。 编辑本段密单点定位的主要误差及其改正模型 在精密单点定位中, 影响其定位结果的主要的误差包括:与卫星有关的误差(卫星钟差、卫星轨道误差、相对论效应);与接收机和测站有关的误差(接收机钟差、接收机天线相位误差、地球潮汐、地球自转等);与信号传播有关的误差(对流层延迟误差、电离层延迟误差和多路径效应)。由于精密单点定位没有使用双差分观测值, 所有很多的误差没有消除或削弱,所以必须组成各项误差估计方程来消除粗差。有两种方法来解决:a.对于可以精确模型化的误差,采用模型改正。b.对于不可以精确模型化的误差,加入参数估计或者使用组合观测值。如双频观测值组合,消除电离层延迟;不同类型观测值的组合,不但消除电离层延迟,也消除了卫星钟差、接收机钟差;不同类型的单频观测值之间的线性组合消除了伪距测量的噪声,当然观测时间要足够的长,才能保证精度。 什么是PPP（精密单点定位）？ (2009-08-02 13:58:03) GPS从投入使用以来，其相对定位的定位方式发展得很快，从最先的码相对定位到现在的RTK，使GPS的定位精度不断升高。而绝对定位即单点定位发展得相对缓慢，传统的GPS 单点定位是利用测码伪距观测值以及由广播星历所提供的卫星轨道参数和卫星钟改正数进行的。其优点是数据采集和数据处理较为方便、自由、简单, 用户在任一时刻只需用一台GPS 接收机就能获得WGS284 坐标系中的三维坐标。但由于伪距观测值的精度一般为数分米至数米;用广播星历所求得的卫星位置的误差可达数米至数十米, 卫星钟改正数的误差为±20

室内定位技术研究

西北工业大学 先进测试控制技术导论大作业室内定位系统的研究 姓名：XXX 班级：XXXXXXXX 学号：XXXXXXXXXX 1

摘要 目前,人们对室内定位与导航的需求越来越大,如在展厅、图书馆、仓库、超市等室内环境中,用户希望持有可移动设备能够自由定位并导航,虽然室外定位技术发展越来越完善,但是室内定位仍在起步阶段。本文研究了室内定位系统的背景和国内外发展状况，阐述了室内定位系统的相关概念和原理，列述了室内定位所用到的一些定位算法、定位结构和模型。同时，在几种定位算法的基础上罗列了几种室内定位技术，包括：超声波技术、红外技术、频射技术、WIFI与蓝牙技术、ZigBee与超宽带技术等等。并通过比较分析了解了每种技术的相应优缺点。 关键词：室内定位、定位算法、定位技术 2

目录 摘要 (2) 第一章绪论 (5) 1.1 课题背景及研究意义 (5) 1.2 研究现状及其趋势 (5) 1.3 国内外的研究现状 (6) 第二章室内定位系统基本概念与原理 (7) 2.1 定位算法 (7) 2.2 室内定位系统的结构与模型 (8) 第三章室内定位系统 (11) 3.1 超声波技术 (11) 3.2 红外技术 (11) 3.3 蓝牙技术 (12) 3.4 射频技术 (12) 3.5 WIFI技术与蓝牙技术 (13) 3.6 Zigbee与超宽带技术 (13) 第四章结束语 (14) 参考文献 (16) 3

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第一章绪论 1.1 课题背景及研究意义 卫星定位导航系统的产生及发展，让人们拥有了在广阔的室外空间中以前所未有的可靠性、精度获取事物地理位置属性的技术方法，已经基本上解决了在室外空间中进行准确定位的问题，并且已经在军事、资源、交通、农牧渔业、环境、测绘等领域以及人们日常的生活中得到了非常广泛的应用。 然而，虽然定位技术性能、精度都很高,但是其信号遇到障碍物衰减,无法穿透建筑物进行室内定位导航的局限性也日渐凸显,它在室内工作效果并不理想。社会经济的飞速发展及人们生活水平的提高,使得我们对室内的定位导航需求越来越大,比如在博物馆、超市、机场等场所消费者需要快速了解自身所处位置,并到达目的地在矿井、火灾现场,为警察等工作人员提供精确的导航与定位。为了解决室内这一特殊环境定位的问题，必须研究专门的定位方法。与已经非常成熟的室外卫星定位导航系统相比，室内定位技术还处于刚起步阶段，但是却具有很大的应用空间。室内定位的应用领域主要包括导航和工程测量、位置服务和监控以及智能空间。 伴随着人类对室内定位需求的增大,科学技术也在高速发展,总结、分析、研究当前的室内定位技术有利于室内定位技术广泛应用于人们的生产和生活之中。 1.2 研究现状及其趋势 室内定位技术应用的区域是封闭或半封闭空间，室内不止是通常所说的一般建筑物内部，它还包括地下矿井、密集的高层建筑区、树林等。室内环境相比户外要复杂的多，根据不同的环境、应用和需求，用于室内定位的技术主要有:激光、红外、蓝牙、射频、无线电、超声波、计算机视觉、磁场等。其中，有些技术经过开发利用，形成了比较系统的定位服务解决方案或成形的商业产品，但仍有许多技术尚在研究试验中。如使用磁场压力感应的智能地板的研制试验，这种方法需依赖特定的设备，成本昂贵实用性低。 进行室内定位的主要测距方法有到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角度(AOA), RSS技术[等。这些方法都能在定位系统中计算有效的距离，其中到达时间、到达时间差、到达角度技术都能提高定位精度，但是由于室内环境复杂可能会影响其定位精度。 美国高通公司(QUALCOMM)及其子公司Snap Track在GPS定位技术的基础上，提出了A-GPS解决方案。结合CDMA网实现了移动终在室内外端准确的定位。由于A-GPS是基于CDMA 网络，需要使用手机作为载体，所以可能需要用户使用特制的手机设备。一般用户很难接受为了不频繁使用的位技术更换手机，并且这种特制的手机相对一般手机耗电量会增加，所以A-GP技术目前没有得到广泛推广。 近几年来一种基于WIFI的室内定位技术进入到大家的视野中，各大媒体争先报道，有的 5

浅谈GPS精密单点定位技术

科 技 天 地45 INTELLIGENCE ··· ·····················浅谈GPS 精密单点定位技术 吉林省基础地理信息中心 刘振宇 摘 要：本文介绍了GPS 精密单点定位技术的概念、产生、主要原理、数学模型 等初步知识，扼要介绍了在应用中应解决的关键技术问题，并展望了该技术的实际应用前景。 关键词：GPS 精密单点定位技术 原理 应用 1 GPS 精密单点定位技术的产生 GPS 空间定位技术以其定位的高度灵活性和常规测量技术无法比拟的高精度成为现阶段常规大地测量的主要技术手段，彻底的改变了传统的野外测量模式，并且在可预见的一个时期内尚无一种技术手段可以代替。 GPS 空间定位技术同所有的新生事物一样，有着发生、发展、成熟的变化过程。随着我们对GPS 空间定位技术本质认识的不断深入，在理论与使用方法上也在不断的进行创新。从第一代的伪距定位、载波相位测量到第二代的实时动态定位、广域差分技术，直至目前第三代的网络实时动态定位、精密单点定位技术，GPS 空间定位技术留下了一条清晰的发展历程。第三代的网络实时动态定位、精密单点定位技术业已发展成熟，正处在面向实用推广的过程。 美国喷气推进实验室 （Jet Propulsion Laboratory，JPL）是美国国家航空和宇宙航行局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）下属的一家科研机构，主要从事空间科学的研究。1997年以来JPL 的研究人员利用该机构研制的GPS 高精度定轨定位软件——GIPSY 的某些功能模块实现了精密单点定位，并发表了多篇文章。由此宣告了一种全新的GPS 定位模式的诞生。 2 GPS 精密单点定位技术的概念 所谓精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）是指利用GPS 卫星的事后精密星历、事后精密卫星钟差作为已知坐标起算数据，用户利用单台GPS 双频全波长接收机在全球范围内的任意位置进行高精度的空间定位。该技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术，也是GPS 定位方面的前沿研究方向。 3 GPS 精密单点定位技术的主要原理 在目前GPS 空间定位技术的各种手段中，除去精密单点定位外，所采用的数学模型均为差分模型。（对应的实现手段是相对定位方法，即要求在作业过程中必须有两台以上的GPS 接收机进行同步观测。）其主要原理是利用差分的方法来消除两个测站公共部分的系统误差，从而达到精确的相对定位。随着我们对GPS 技术本质认识的不断深入，对GPS 测量过程中产生的各种系统性误差有了更细致的了解，因此可以针对各种系统性误差分别建立起相对应的精确的数学模型对系统性误差进行描述、估计和处理，从而可以采用非差分的数学模型来替代差分数学模型来进行数据处理，并利用GPS 卫星的事后精密星历、事后精密卫星钟差作为已知坐标的起算数据，直接获得待定点的三维坐标。简而言之，所谓GPS 精密单点定位技术的实质就是采用经验的公式对GPS 测量过程中产生的系统性误差进行描述，并在数据处理过程中进行误差改正，从而获得精确的测量结果。 在GPS 精密单点定位技术中，利用事后卫星钟差估计值消去卫星钟差项，并且采用双频观测值消除了电离层影响，顾及以上各项则其观测值误差方程如下： p j j trop j j p i P i i t C i i v εδρδρ+?+?+=)()()()()( Φ Φ+Φ???++?+=ελλδρδρ)()()()()()(i i N i i t C i i v j j j trop j j 式中： j 为卫星号，i 为相应的观测历元,C 为真空中光速。 )(i t δ为接收机钟差，)(i j trop δρ为对流层延迟影响。p ε、Φε为多路径、观测噪声等未模型化的误差影响。 )(i P j 、)(i j Φ为相应卫星i 历元的消除了电离层影响 的组合观测值，而)(i v j p 、 )(i v j Φ 为其观测误差，λ为相应的波长。 )(i j ρ为信号发射时刻的卫星位置到信号接收时刻接收机位置之间的几何距离。 )(i N j 为消除了电离层影响的组合观测值的整周未知数。 这样精密单点定位的主要工作量即为将p ε、 Φε多路径、观测噪声等未模型化的误差影响采用精确的数学模型或经验的数学模型进行描述，在此就不具体展开讨论了。 待定参数为：[]T j nsat j zd N t z y x i X ),1()(==δρδ其中x、y、z 为三维位置参数、t δ接收机钟差参数、zd δρ对流层延迟参数、j N 为整周未知数参数。 利用上述观测模型，即可采用序贯最小二乘法或卡尔曼滤波的方法进行非差精密单点定位计算。

定位技术研究分析综述

定位技术研究分析综述 发表时间：2019-05-13T15:58:53.293Z 来源：《知识-力量》2019年8月26期作者：王中宏汪国强[导读] 随着定位技术的研究与发展，其在人们的日常生活中也得到了越来越广泛的应用，在经济、军事等各行各业产生了一定的影响。文中首先介绍了定位技术的应用背景以及发展现状。然后介绍了目前主要的定位算法，包括基于无线传感器网络的定位技术及典型系统，以及主要的室内定位技术。以及衍生出来的各种定位技术。 （黑龙江大学，黑龙江哈尔滨 150000）摘要：随着定位技术的研究与发展，其在人们的日常生活中也得到了越来越广泛的应用，在经济、军事等各行各业产生了一定的影响。文中首先介绍了定位技术的应用背景以及发展现状。然后介绍了目前主要的定位算法，包括基于无线传感器网络的定位技术及典型系统，以及主要的室内定位技术。以及衍生出来的各种定位技术。最后指出了定位技术亟待解决的问题，以及对下一步进行相关研究的展望。关键词：无线传感器网络定位；典型系统；室内定位技术 1.前言 自从以GPS为代表的定位技术出现以来，其高效、方便、快速与准确的特点使人们的生活出现了巨大的变化，带动了一批应用和服务的快速发展。基于用户位置信息的相关技术的应用和发展，位置服务（LBS）已经成为人们日常工作、生活所必须的一项基本服务需求。无论是室内还是室外，人们对位置服务有着迫切的需要。 2.定位技术的发展现状 定位技术可以分为室外定位技术和室内定位技术两种。在室外环境下，全球定位系统（GPS）、北斗定位系统（BDS）等全球导航卫星系统（GNSS）为用户提供米级的位置服务，基本解决了在室外空间中进行准确定位的问题，并在日常生活中得到了广泛的应用。在室内环境下，由于障碍物的遮挡等问题，对室内定位技术的精度、成本、可靠性、覆盖范围以及响应时间有了更高的要求。 3.定位技术概述 3.1 基于无线传感器网络的定位技术 无线传感器网络是一种特殊的网络，可以应用于布线和电源供给困难以及人员不能到达的区域和一些临时场合等。它不需要固定网络支持，具有快速展开，抗毁性强等特点。基于无线传感为网络的几节点定位技术可以根据是否测距分为距离相关的定位算法和距离无关的定位算法。距离相关的定位算法分为基于事件时间的定位算法和基于角度的定位算法。基于时间的定位算法主要有基于到达时间和基于到达时间差的定位算法。基于到达时间的定位算法测量方式简单，但是只有在视距范围内定位精度较高，且要求严格的时间同步，其难点在于如何精准的测量时间，以及外界环境的影响。基于到达时间差的定位算法能够提高定位精度，但是对硬件要求较高，信号在传输过程中易受影响，应用场景单一。基于角度的定位算法主要有基于到达角和接受信号强的指示的算法。基于到达角的定位算法由一端发射信号，另一端有多个超声波接收器或天线阵列测出信号到达方向，据此得出发射端与接收端的相对角度，由三角定位估计接收端位置，但是需要增加硬件设备，对硬件尺寸、功耗、成本要求较高，易受环境影响。基于接收信号强的指示的定位算法具有低功耗、低成本的优点，但是存在噪声干扰，非视距下会产生多径效应、反射等问题，从而产生不同的路径损耗，增加建立信号衰减模型的复杂程度。 3.2典型的自定位系统 Cricket定位系统属于距离定位和松散耦合系统，采用RF和超声波收发器的TDOA技术。信标节点位置信息通过RF传送，若待定节点获得三个以上信标节点位置信息，就可采用三边定位法或极大似然估计法来估计待定为节点的位置。 RADAR系统可提供两种定位方式：场景分析和三边定位。场景分析在定位区域预先建立信标节点RF信号强度和传播距离之间的对应关系的数据库。定位时待定节点获得RF信号强度，并查询数据库，选择最小的位置作为待定位节点的位置。三边定位中，待定点通过RSSI 获得与三个以上信标节点的距离，采用三边定位法进行自身定位。RADAR仅需部署三个以上信标节点就可实现，且可为室内设备提供无线网络。但待定为节点必须支持无线网络连接，易受环境影响。 Active Badge系统属于室内定位系统，是粗粒度定位和符号定位的典型代表。通过以太网将放置在建筑物内部的红外接收信标节点连接在一起。待定为节点Badge周期性发送红外信号IR，IR信标节点所在房间即为待定为节点Badge位置。 3.3室内定位技术 目前，国内外研究者们提出了蓝牙、红外线、RFID、WLAN、超宽带、超声波等室内定位技术及应用系统，但是不同的室内定位技术根据其定位性能有一定的应用局限，还没有一种普适化技术能满足当前所有的室内定位服务需求。以下是目前国内外各种主流的室内定位技术的简单介绍。 红外定位精度在5-10米，优点是定位精度高，但是不能穿越障碍物，且造价较高，功耗较大且易受光干扰；超声波定位精度在1-10厘米，优点是定位精度高，结构简单，但是具有多径效应，衰减明显，受温度影响且成本较高；视觉定位精度在1厘米到1米，优点是环境依赖性低，但是其成本较高，稳定性低；蓝牙定位精度在2-10米，优点是功耗低，易集成，但是其定位距离短，稳定性低，受噪声干扰；Wifi 定位精度在2-50米，优点是易安装，精度高，但是工作量大，功耗大，易受其他信号干扰；RFID定位精度在5厘米到5米，优点是精度高，造价低，标识小，但是作用距离短，无通信能力，难于整合；UWB定位精度在6-10厘米，优点是穿透力强，精度高，功耗低，但是造价低；Zigbee精度在1-2米，优点是功耗低，成本低，但是其稳定性低，受环境干扰；惯性传感器辅助定位的定位精度在2-10米，覆盖范围低，长时间定位后误差较大；A-GPS优点是速度快，精度高，但占用大量通信资源，在使用手机密集的区域受网络堵塞影响；光跟踪优点是成本高，通信速率高，抗干扰能力强，但是定位范围小。 4.总结与展望 到目前为止。无线传感器网络已经取得了很大的进展，但是仍然存在一些问题。即规模大的无线传感器网络有定位误差积累的问题；定位所有节点的所耗时长较长，效率低下；节点定位的降低通信代价的问题；能耗与算法复杂度之间的平衡问题；动态移动节点的定位方法少的问题；目前都是信标节点辅助定位未知节点，仅依赖节点之间的协作、信息传输，实际定位的算法少；部署大规模的无线传感器网络硬件成本较高。

基于Zigbee无线定位技术研究

基于Zigbee无线定位技术研究

基于ZigBee的无线定位技术研究 摘要： 随着现代通信技术和无线网络的快速发展，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的封闭空间定位技术目前还无法很好地利用。本文的重点就在于设计并实现了一种低成本、实用的无线传感器定位系统。 本论文主要研究了基于ZigBee网络的室内无线定位技术，它包括硬件平台、节点通信程序和上位机监测软件三部分。本文详细介绍了三部分的实现。其中，硬件平台以集成了射频与51微控制器的CC2430芯片为核心，该平台包括射频模块、辅助电路、功能指示电路等。 论文最后对定位系统进行了实际测试。测试表明:本系统达到了设计要求，是一个低成本、易实现的系统。 关键词：ZigBee 无线定位CC2430 Z-STACK

The Research Wireless localization Based on ZigBee Teacher：liu zhi (Changchun university of science and technology of electronic information engineering institute,060412225 wang meng) Abstract： With the rapid development of modern communication technology and wireless network,people's demand for positioning and navigation is increasing. Especially in complex indoor environments, but as the limitation of

RFID定位技术研究

GPS 定位系统在进行室内定位时存在固有的定位精度问题，所以必须通过其他定位 技术解决室内定位问题，如红外线、802．1l 、超声波和RFID 等等，这些系统各有优缺点。其中RFID 技术由于其非接触和非视距等优点已成为优选的定位技术，RFID 系统可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，其传输范围很大，成本较低，因此备受关注。 RFID 定位与跟踪系统主要利用电子标签对物体的唯一标识特性，依据读写器与安装 在物体上的标签之间射频通信的信号强度(RSSI)或信号到达时间差(TDOA)来测量物品的空间位置，主要应用于GPS 系统难以奏效的室内定位领域。 1．基于测距的RFID 定位算法 1．1 TOA 1) 原理: 通过获得发射机发射的信号到达目标再返回发射机的时间,由传播时间得出标签 到阅读器的距离。然后根据三边定位法或多边定位法解出目标标签的位置。 2) 优点：定位精度高。 缺点：该算法要求标签和阅读器要同步,其次环境的复杂性会导致多径效应并降低系统 的定位精度。 TOA 定位算法是基于TOA 圆周方程，通过圆与圆之间交线的不同组合，构造出 不同的定位方程[1]。从几何模型上分析，如果移动台s 到基站i 的信号在视距情况 下传播，测得的距离为Di ，移动台一定位于以基站i 为圆心，Di 为半径的圆周上， 当有3个基站坐标时，TOA 的测量方程为： Di=()()22x xs yi ys i -+- ， （1） i=1,2,3 。 式中，（xi ，yi ）为第i 个基站的坐标，（xs ，ys ）为移动台s 的坐标。 其几何图形如图1所示。

由（1）式得， ()()22111D x xs y ys = -+- （2） ()()22222D x xs y ys = -+- （3） ()()22 333D x xs y ys =-+- （4） 由（2）-（3）可得相交线方程为， ()()()()212112*22*21*11*11*12*22 x x xs y y ys x x y y x x y y D D D D -+-= +-++-???? (5) 同理，基站2基站3两圆交点的相交线方程为： ()()()()323213*33*32*22*22*23*32 x x xs y y ys x x y y x x y y D D D D -+-=+-++-???? （6） 虽然可以用相同的方法得到基站1和基站3的相交线方程，但由于第3条交线同样 会经过前2条交线的相同点，因此，只需求得3条交线其中2条的方程，便可联立 解出交点坐标。 联立方程（5）、方程（6），得： ()()()()()()21*332*132212132y y C y y C xs x x y y x x y y ---=-----???? (7) ()()()()()()21*332*132212132x x C x x C ys y y x x y y x x ---=-----???? （8） 其中，

基于FM的定位技术研究

基于FM的定位技术研究 随着互联网技术和无线通信技术的的高速发展和智能移动设备 的普及,各种各样的面向移动设备的应用和服务相继出现,其中基于 位置服务的应用正逐渐走入人们的生活中并发挥重要作用。无线定位技术作为位置服务的核心技术,是人们关注的热点和难点。本文主要针对现有定位技术信号覆盖范围不广或者需要昂贵的硬件设备的缺点,提出采用调频广播实现对室内目标的定位,并将FM与Wi-Fi有效融合,发挥不同种类信号的优势,以获得更好的定位性能。本文通过对FM以及FM融合Wi-Fi的定位技术研究,获得如下成果和创新内容。首先,针对调频广播信号的特性,提出一种基于调频广播信号指纹定 位的方法,采用贝叶斯概率算法计算最大后验概率的方法得到相应的定位结果。同时,通过在实际环境中测得的位置指纹数据,从定位的角度分析FM信号的基本特性。这些特性包括设备可接收到电台的数量、FM信号概率分布、信号强度与位置的映射关系、天线对信号强度的影响、人在室内活动对信号强度的影响、样本容量对信号强度的影响。其次,通过对FM定位误差较大的问题的研究发现,FM信号存在信号强度会随时间的变化发生迁移,训练模型和定位数据不在同一时间段时,定位性能下降明显。本文针对FM信号动态变化对定位性能产生较大影响的问题,提出了动态射频指纹的FM定位方法。该方法采用多元线性回归和神经网络方法,根据离线阶段各个参考点和部分较准点的FM 信号强度的关系,使用在线阶段较准点的信号强度实时估计在线阶段参考点的信号强度。通过这两种方法建立具有自适应能力的动态射频

地图,并使用贝叶斯概率方法对目标进行定位。实验结果表明,相对静态射频指纹模型,采用多元线性回归的射频指纹动态映射模型,定位误差平均减少9.1%,采用神经网络的射频指纹动态映射模型,定位误差平均减少36.3%。神经网络的方法比多元线性回归模型更有效地抑制了射频信号动态变化对定位性能的影响。最后,本文结合FM和 Wi-Fi的优点,用多模融合的定位方法将两者有效融合,提出一种FM 和Wi-Fi融合定位方法。该多模定位方法比单一的FM或者Wi-Fi的的定位精度都要高,在一定程度上弥补了Wi-Fi定位系统的缺陷。

室内定位技术研究

室内定位技术研究 摘要：近年来，随着科技的进步和发展，人们对室内定位的需求越来越多，各种室内定位技术蓬勃发展起来。本文对现有的几种室内定位技术的工作原理进行了阐述，每种技术选取了一个典型系统进行研究，包括其系统结构、定位原理、定位精度，阐述了各个定位技术的优缺点和局限性，最后对各定位技术进行了对比，分析了各个定位技术的应用场景，并指出需要根据不同的使用环境选择不同的定位技术。 关键词：室内定位；定位技术；定位方法 中图分类号：TP391.41 文献标识码：A DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2016.04.003 0 引言 随着美国全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GlobalOrbiting Navigation Satellite System，GLONASS）、我国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite svstem，BDS）以及欧盟伽利略卫星定位系统（GalileoSatellite Navigation System，GALILEO）的蓬勃发展，室外定位技术已经非常成熟，人们可以很容易地在室外进行路线导航、地址定位，精度非常高。然而，上述四种定位系统采用的是

卫星定位技术，在室内卫星信号受到屋顶以及其他障碍物的遮挡，无法进行定位，因此需要发展其他的室内定位技术。室内定位的应用非常广泛。在医院，需要对某些特殊病人进行实时定位，以确保其安全；在商场或超市，如果能对小孩进行定位，就不用再担心走丢；在展览馆，对参观者进行定位，可以做到讲解的有的放矢；在发生火灾或其他突发事件时，还可以对被困者进行定位以实施有效救援。 本文针对目前已有的室内定位技术进行了研究，每种技术选取一种典型系统进行分析，阐述了该系统的定位原理，分析了已有室内定位技术的优缺点，对已有室内定位技术进行了对比，提出要根据不同的使用环境选择不同的定位技术。 1 已有室内定位技术介绍 室内定位是指在室内环境中进行位置定位，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。目前的室内定位技术主要有基于红外线的室内定位技术、基于超声波的室内定位技术、基于超宽带（Ultra-wideband，UWB）的室内定位技术、基于射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）的室内定位技术、基于无线局域网（Wireless Local AreaNetwork，WLAN）的室内定位技术和基于蓝牙的室内定位技术。 1.1 基于红外线的室内定位技术 红外线是波长介于微波和可见光之间的电磁波，具有可

精密单点定位技术的相关理论及其应用

精密单点定位技术的相关理论及其应用 陆贤东，齐建伟 中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州 (221008) E-mail: luxiandong2006@https://www.sodocs.net/doc/8416494139.html, 摘要：本文主要从理论上系统阐述了精密单点定位技术的相关理论，对精密单点定位误差处理数学模型作了详细的分析，展望了精密单点定位技术的发展和应用。 关键词：精密单点定位；IGS；数学模型；误差分析 0. 引言 随着我国海洋战略的实施,海洋科研、海洋开发、海洋工程等海上活动日益增加,对定位精度的要求也呈现出多样化,如精密的海洋划界、精密海洋工程测量等,要求能够达到十几或几十厘米的定位精度,而采用伪距差分定位只能提供米级的定位精度,如果使用RTK功能,作 用距离又不能达到;对于这部分定位需求,现有的定位手段无法满足要求,需要寻求新的定位 方式或技术。本位系统的阐述了精密单点定位技术的由来和系统组成，对精密单点定位技术的原理及误差处理数学模型作以下详细分析。 1.精密单点定位技术的原理 精密单点定位技术（PPP－Precise Point Positioning)由美国喷气推进实验室( JPL ) 的Zumberge于1997年提出。20世纪90年代末,由于全球GPS跟踪站的数量急剧上升,全球GPS 数据处理工作量不断增加,计算时间呈指数上升[2]。为了解决这个问题,作为国际GPS服务组织( IGS)的一个数据分析中心, JPL提出了这一方法,用于非核心GPS站的数据处理。该技术的思路非常简单,在GPS定位中,主要的误差来源于三类,即轨道误差、卫星钟差和电离层延时。利用IGS提供的高精度的GPS精密卫星星历和卫星钟差，以及单台双频GPS接收机采集的载波相位观测值，采用非差模型进行精密单点定位。精密单点定位的优点在于在进行精密单点定位时，除能解算出测站坐标，同时解算出接收机钟差、卫星钟差、电离层和对流层延迟改正信息等参数,这些结果可以满足不同层次用户的需要(如研究授时、电离层、接收机钟差、卫星钟差及地球自转等)。 2.IGS的相关介绍 精密单点定位技术（PPP－Precise Point Positioning)指的是先利用全球若干IGS跟踪站的GPS观测数据计算出精密卫星轨道参数和卫星钟差，然后在此基础上对单台接收机的载波相位或伪距数据进行处理，得到一些相关参数，在相关领域进行应用。IGS由GPS卫星跟踪网、数据中心、分析中心、中央局、工作组。其中工作组包括低轨卫星研究工作组、GLONASS工作组、电离层工作组、对流层工作组和时频传递工作组。低轨卫星研究工作组研究利用IGS全球跟踪网进行低轨卫星（LEO）定轨、掩星技术等方面的研究； GLONASS 工作组综合利用GPS/GLONASS卫星数据，进行大地测量与地球动力学研究；电离层工作组是发展全球性和区域性的电离层延迟图。对流层工作组是发展全球性和区域性的对流层延迟图，为气象学服务；时频传递工作组是利用GPS时间共视技术（GPS Common View)进行高精度时间比对，维护协调世界时(UTC)。

精密单点定位

精密单点定位PPP 精密单点定位（precise point positioning ，缩写PPP ），指的是利用全球若干地面跟踪站的GPS 观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差, 对单台GPS 接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。在卫星导航应用之中，GPS 作为定位的意义越来越重要，不论是军事上还是工程等方面上，导航定位的研究依然是一个不老的研究主题。精密单点定位更是导航定位中的一个很值得研究的问题。 PPP 根本上讲属于单点定位范畴，那么单点定位又是怎样进行测量定位的呢？单点定位是利用卫星星历和一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法，其优点：一台接收机单独定位，观测组织和实施方便，数据处理简单；缺点：精度主要受系统性偏差（卫星轨道、卫星钟差、大气传播延迟等）的影响，定位精度低。应用领域：低精度导航、资源普查、军事等。对于单点定位的几何描述，三个站星距离，作三个球面三个球面两两相交于两点，如下图所示： 站星距离的测定：保持GPS 卫星钟同GPS 接收机钟同步；GPS 卫星和接收机同时产生相同的信号；采用相关技术获得信号传播时间；GPS 卫星钟和GPS 接收机钟难以保持严格同步，用相关技术获得的信号传播时间含有卫星钟和接收机钟同步误差的影响。单点定位虽然是只需要一台接收机即可，但是单点定位的结果受卫星星历误差、卫星钟差以及卫星信号传播过程中的大气延迟误差的影响较为显著，故定位精度一般较差。PPP 针对单点定位中的影响，采用了精密星历和精密卫星钟差、高精度的载波相位观测值以及较严密的数学模型的技术，如用户利用单台GPS 双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内，点位平面位置精度可达1~3cm ，高程精度可达2~4cm ，实时定位的精度可达分米级。 精密单点定位的数学模型，对于伪距： (S R i i ion trop t t x V V c V c V ρ=--+?-?0()()()S R i i i i i t i ion i trop i i t V l dX m dY n dZ c V c V V V ρρ=---+?-?+---误差方程为：

实时精密单点定位研究综述

实时精密单点定位研究综述 发表时间：2016-03-24T12:00:43.883Z 来源：《基层建设》2015年24期供稿作者：高乔肖建东胡慧娟[导读] 长安大学 GPS精密单点定位（PPP）是一种利用高精度的GPS卫星星历和卫星钟差以及双频载波相位观测值. 长安大学陕西西安 710054 摘要：GPS精密单点定位（PPP）是一种利用高精度的GPS卫星星历和卫星钟差以及双频载波相位观测值，并采用非差模型进行高精度单点定位的方法。实时精密单点定位技术（RT-PPP）已成为当前GNSS领域的研究热点，也将是目前乃至未来实时高精度动态定位的主要技术手段之一。本文对其从研究背景、国内外研究现状，以及发展前景等方面进行了综述。 关键词：GPS；实时精密单点定位；研究背景；发展现状；前景 1 研究背景 全球定位系统GPS（Global Positioning System）是美国从上世纪70年代开始研制，于1994年全面建成的新一代卫星导航定位系统。目前，GPS以全天候、高精度、自动亿、高效益等显著特点，诸多领域得到了广泛应用。GPS的出现，给测绘领域带来了一场深刻的技术革命。传统的GPS单点定位是指利用单台接收机的测码伪距及广播星历的卫星轨道参数和卫星钟差改正进行定位，因其较低的定位精度已不能满足精密导航、大地测量、变形监测、精密工程测量等的要求。 为了提高精度，出现了GPS相对定位，它是用两台以上接收机同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。GPS相对定位通过组成差分观测值来消除接收机钟差、卫星钟差等公共钟差以及减弱对流层延迟、电流层延迟等相关性的影响，因此，它是目前GPS定位中精度最好的一种方法。 PPP技术作为一种最近十几年发展起来的一项GPS定位新技术，在低轨卫星精密定轨、高精度坐标框架维持、区域或全球性科学考察、航空动态测量和海洋测绘等方面具有不可估量的应用前景，目前己经成为GPS导航和定位界的研究热点。经过近十几年国内外学者的研究，精密单点定位的事后处理算法及应用已经比较成熟。与相对定位中的实时定位技术RTK相对应，在实时GPS卫星轨道和钟差产品的支持下，精密单点定位的数据处理可以在实时情况下进行，得到实时定位结果，称之为实时PPP技术。实时PPP定位技术与目前已有两种GPS实时定位服务系统（基于单基准站RTK技术系统和基于多基准站的CORS系统）相比具有以下显著优点： 1.系统服务覆盖区域大； 2.总投资和运营成本低。 2 国内外研究现状与进展 国际GPS服务组织IGS（International GPS Service）是国际大地测量协会IAG（International Association of Geodesy）于1993年创建的一个为GPS提供应用服务的国际组织。由于IGS能够提供精密的卫星星历和卫星钟差，因此，就使得单点定位无需差分而获得高精度成为可能。JPL的Zumberge等人在1997年就提出了利用双频接收机进行非差单点定位。NRCan（Natural Resources Canada）的Kouba和Herous（2000）首先详细地论述了利用双频接收机进行非差单点定位技术。JPL的Muellerschoen（2000）等人提出了全球实时精密单点定位技术。加拿大Calgary大学的Gao Y和Shen X（2001）也对此作了详细的论述，同时提出了一种新的观测模型。除了以上的学术研究机构外，几个大的商业公司对精密单点定位技术也非常关注并且进行了不同程度的研究，如NAVCOM公司的StarFire和Omnistar-HP系统就包含有精密单点定位的内容（Bisnath，2003）。 在国内方面，黄珹等人研究了采用GIPSY软件的精密单点定位方法解算区域基准网问题。武汉大学的时世榕博士对非差相位精密单点定位技术进行了深入研究，并利用自己提出的改进模型及自行研制的定位软件进行了试算。武汉大学的张小红副教授也对PPP作了深入的研究，并首次将PPP技术应用到航空测量和极地科学考查中，并编制了Trip解算软件。 从国内外研究成果的分析来看，目前研究的重点主要集中在PPP定位模型的建立、大气折射的影响分析、软件实现和PPP静态定位精度分析等方面，对于动态精密单点定位的精度研究还不够深入。与GPS相对定位技术不同，PPP技术由于采用非差观测值进行数据处理，破坏了相位模糊度的整周特性，这使得不能进行非差相位模糊度的固定。而相对定位技术由于采用站际星际二次差观测值，UPD在二次差过程中被消去，从而使得双差模糊度具有整数特性。因此，要使PPP能够达到工程上的实时定位要求，就必须开展加快PPP定位收敛速度的研究。 国际上众多学者尝试进行精密单点定位中相位模糊度固定，并取得了可喜的进展。上述各种精密单点定位整周模糊度固定方法大致可以分为两类：一类是估计破坏相位模糊度整数特性的硬件延迟非整周部分的方法，简称为FCB方法；另一类则是不显式估计硬件延迟非整周部分，而采用卫星钟差参数吸收这些硬件延迟，从而在定位计算中恢复了模糊度整数特性的方法，简称为IRC方法。Geng等人从理论推导和算例分析两个方面证明了这两种方法是等价的。为与相对定位模式中的实时动态定位RTK区别，GPS界将整周模糊度固定的实时精密单点定位称之为PPP-RTK。显然，整周模糊度固定的FCB方法和IRC方法均可用于PPP-RTK。 综上所述，当前实时精密单点定位技术得到了广泛的重视和飞速的发展，一方面是实时精密单点定位得到了广泛的应用，出现了多个成熟的商业系统；另一方面制约精密单点定位技术实时应用的模糊度固定技术取得了重大进展，发展了多种适用于PPP的整周模糊度固定方法。可以预见，实时精密单点定位技术将取得重大突破，高精度GPS定位模式将恢复到最初GPS系统设计者的单点绝对定位模式。 3 发展前景与趋势 由于其硬件构成简便、定位灵活方便、不受作用距离限制等优点，实时精密单点定位技术已经成为当前GNSS界的研究热点之一。和静态精密单点定位相比，动态精密单点定位在对流层延迟改正、多路径效应等误差改正方面更为复杂，在探测、修复周跳和整周模糊度的确定方面也更为困难。 但与静态定位相比，动态或实时定位的研究不多。由于将来在GIS数据采集、精密导航、科研考察等领域中需要用到精密的动态定位，GPS精密单点定位将会发挥更加重要的作用，动态或实时动态GPS精密单点定位则会更具有实用价质。此外，由于目前单频GPS接收机价格较双频接收机低很多，基于单频GPS精密单点定位也是值得研究的一个课题。