畢業(yè)設(shè)計論文定位系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-01-08 17:56 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 球定位系統(tǒng)（ GPS ， Global Positioning System）是獲取室外環(huán)境位置信息 1 的最常用方式。近年來，隨著無線移動通信技術(shù)的快速發(fā)展， GPS 和蜂窩網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的 AGPS（ Assisted Global Positioning System）定 [1] 位方式在緊急救援和各種基于位置服務(wù) （ LBS， LocationBased Services）中逐漸得到了應(yīng)用。但由于衛(wèi)星信號容易受到各種障礙物遮擋， GPS/APGS 等衛(wèi)星定位技術(shù)并不適用于室內(nèi)或高樓林立的場合，目前無線室內(nèi)定位 術(shù)迅速發(fā)展，已成為 GPS 的有力補充。 一般來講， 使用無線信號強度獲取目標位置信息的過程，就是建立無線信號強度和位置信息穩(wěn)定映射關(guān)系的過程。 現(xiàn)有室內(nèi)無線定位系統(tǒng)主要采用紅外、超聲波 [2] 、藍牙、 WiFi （ Wireless Fidelity） 、 RFID（ Radio Frequency Identification）等短距離無線技術(shù)。其中基 WiFi 網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)由于部署廣泛且低成本較低，因此備受關(guān)注 [3,4]。其中由微軟開發(fā)的 RADAR 系統(tǒng)是最早的基于 WiFi 網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)。它采用射頻指紋匹配方法，從指紋 庫中查找最接近的 K 個鄰居，取它們坐標的平 [5] 均作為坐標估計。而文獻介紹的室內(nèi)定位系統(tǒng)則基于 RSSI 信號的統(tǒng)計特性，采用貝葉斯公式，通過計算目標位置的后驗概率分布，來進行定位。 1基金資助 ： 國家自然基金 (6087324 609733 60772070)、北 京自然基金 (4102059) 聯(lián)系作者 ： 雷地球，Email： 第 7 頁 共 37 頁 本文 主要 介紹的定位 系統(tǒng) 本文同樣基于 WiFi 網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計和實現(xiàn)了 一種無線室內(nèi)定位系統(tǒng)， 但與上述定位方法不同，本文采用了基于權(quán)值選擇的定位算法，在一定程度上減少了 ，實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可獲得較好的定位精度（ 4 米）。 本文的主要研究內(nèi)容以及各章安排 主要 內(nèi)容 本文研究內(nèi)容為將具有 wifi 模塊是 android 手機作為客戶端、服務(wù)端、定位算法進行定位確定。 本文安排 第一章 緒 論 第二章 目前主要定位方式及各種測量方法 第三章 無線定位系統(tǒng)和物聯(lián)定位系統(tǒng)的介紹 第四章 基于 WiFi 的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 第二章 目前主要定位方式及各種測量方法 第 8 頁 共 37 頁 GPS 定位系統(tǒng)介紹 的發(fā)展 隨著 GPS 定位技術(shù)的發(fā)展， GPS 技術(shù)已經(jīng)超越了初始的設(shè)計目標。最主要的突破是人們提出了差分 GPS 定位技術(shù)。差分 GPS 定位技術(shù)分為局 域差分 GPS 定位技術(shù)和廣域差分 GPS 定位技術(shù)。局域差分 GPS 實時定位技術(shù)是由基準站、數(shù)據(jù)通訊鏈路和用戶站組成。基準站和用戶站間隔在一定范圍內(nèi) (一般不超過 150km)并同步觀測相同的 GPS 衛(wèi)星。對于同一衛(wèi)星同一歷元的觀測值，基準站和用戶站包含幾乎相同的誤差。因此，在基準站計算出每一顆 GPS 衛(wèi)星的誤差改正信息后，通過數(shù)據(jù)通訊鏈路傳輸至用戶站，用戶站對觀測值進行改正，即可提高定位精度。一般用戶站定位精度約為 1 5m。由于基準站和用戶站的誤差相關(guān)性與它們之間的距離有關(guān)，因而用戶站定位精度的 改善在很大程度上受到基準站和用戶站之間的距離限制（葉世榕， 2021）。廣域差分 GPS 技術(shù)的基本思想是對 GPS 的衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差及電離層延遲等主要誤差源加以區(qū)分，并單獨對每一個誤差源分別加以“模型化”，計算其誤差修正值，然后將計算出的每 一誤差源的數(shù)值通過數(shù)據(jù)通訊鏈傳輸給用戶，以對用戶 GPS 接收機的觀測值誤差加以改正，達到削弱這些誤差源改善用戶定位精度的目的。因而在廣域差分 GPS 系統(tǒng)中，只要數(shù)據(jù)鏈路有足夠能力，基準站和用戶站間的距離原則上是沒有限制的 。在一般情況下，廣域差分 GPS 的 定位精度在 1000 1500km 的范圍內(nèi)約為 1 5m。局域差分和廣域差分 GPS 定位技術(shù)顯然還無法滿足高精度測量的要求。長期以來，人們在利用載波相位觀測值進行定位方面做了大量的卓有成效的研究工作，其中載波相位相對定位技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。類似于碼差分定位技術(shù)，載波相位相對定位采用兩臺及以上的接收機進行同步觀測。靜態(tài)相對定位的精度一般可以達到厘米級或毫米級。在動態(tài)定位方面，人們又提出了 RTK 技術(shù)。它是一種實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。 載波相位差分可分為兩類：一類是修正法，另一類是差分 法。所謂修正法，即將基準站的載波相位修正值發(fā)送給用戶，以改正用戶接收到的載波相位，再求解坐標。所謂差分法即是將基準站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進行求差解算坐標（徐紹銓， 2021）。對于單基準站動態(tài)定位，一般要求基準站和用戶站之間的 第 9 頁 共 37 頁 距離為 10 15km，定位的精度為厘米級。為了不受距離的限制，人們又提出了多基準站 RTK，虛擬參考站（ VRS）等技術(shù)，利用這些技術(shù)在 50~70 公里內(nèi)可實現(xiàn)厘米級實時動態(tài)定位（葉世榕 ,2021）。載波相位相對定位雖然可以達到很高的精度，但通常要受到測站間距離的限制。對于有些應(yīng) 用如精密的海洋劃界，精密海洋工程等，原有的定位手段無法滿足需求，需要尋求新的定位方式或技術(shù)（劉焱雄， 2021）。 精密單點定位（ Precise Point Positioning,PPP）這一概念首先由美國噴氣推進實驗室 (JPL)的 Zumberge 等人于 1997 年提出 (Zumberge， 1997) 在他們開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件 GIPSY 上給予實現(xiàn)。精密單點定位是一種利 ，用衛(wèi)星精密星歷和衛(wèi)星鐘鐘差數(shù)據(jù)，以及雙頻碼和載波相位觀測值，采用非差模型進行精密單點定位的方法。非差定位模式和其它差分模式相比具 有很多優(yōu)點：可用觀測值多；保留了所有觀測信息；能直接得到測站坐標；測站和測站之間沒有距離限制；各接收機不需同步觀測。精密單點定位由于只需要一臺接收機就能工作，還具有數(shù)據(jù)采集簡單，效率高，費用省等優(yōu)點。而且可以得到全球一致的厘米級的定位精度。精密單點定位的精度在很大程度上依賴于精密星歷和衛(wèi)星鐘鐘差的精 度。 IGS 所提供的優(yōu)于 5cm 的 GPS 衛(wèi)星精密軌道和優(yōu)于 的精密衛(wèi)星鐘鐘差數(shù)據(jù)為精密單點定位技術(shù)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。當前的精密單點定位技術(shù)的實現(xiàn)主要是基于 GPS 觀測數(shù)據(jù)。但 GPS 作為一種 基于衛(wèi)星的定位技術(shù)，系統(tǒng)的可用性、定位結(jié)果的可靠性和精度在很大程度上取決于觀測到的衛(wèi)星的數(shù)量。在有些場合，如城市峽谷、露天礦區(qū)域和山區(qū)，可見衛(wèi)星的數(shù)量往往是不夠的。增加系統(tǒng)的可用性和可靠性的一個可行的辦法是組合 GPS 和 GLONASS。目前，GLONASS 系統(tǒng)正在改變以前衛(wèi)星數(shù)量嚴重不足的局面，已經(jīng)有 16 顆衛(wèi)星在軌運行而且根據(jù) GLONASS 系統(tǒng)的現(xiàn)代化計劃， GLONASS 衛(wèi)星星座很快將擁有 24 顆工作衛(wèi)星，這就為 GPS 和 GLONASS 兩種系統(tǒng)的組合提供了基礎(chǔ)。由于更多的衛(wèi)星資源能被 使用以及由此改善的系統(tǒng)可
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