【正文】 括穿地雷達(dá)系統(tǒng) 等 。 UWB 無(wú)線(xiàn)定位 UWB 無(wú)線(xiàn)技術(shù) UWB（ Ultra Wideband） 超帶寬 無(wú)線(xiàn)通信 ，又稱(chēng)作超帶寬無(wú)線(xiàn)技術(shù)， 是一種不用載波，而采用時(shí)間間隔極短 （ 小于 1ns） 的脈沖進(jìn)行通信的通信技術(shù)，也稱(chēng)作脈沖無(wú)線(xiàn)電（ Impulse Radio）、時(shí)域（ Time Domain）或無(wú)載波（ Carrier Free）通信。另外，如前面小節(jié)中所說(shuō)，GPS 系 統(tǒng)存在固有的測(cè)量誤差，并且有一些是難以徹底解決的誤差，這也使得GPS 定位技術(shù)在進(jìn)一步提高自身定位精度的問(wèn)題上存在較大的障礙，尤其是在室內(nèi)的短距離精確定位系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上， GPS 顯得更加無(wú)法滿(mǎn)足需求 [Tom, 1998]。 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 無(wú)線(xiàn)定位相關(guān)技術(shù) 11 GPS 定位技術(shù)小結(jié) GPS 技術(shù)現(xiàn)今已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可與應(yīng)用，但是 GPS 技術(shù)并不是萬(wàn)能的，相反， GPS 定位擁有一些先天的盲區(qū)。這時(shí)，就需要有其它無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)進(jìn)行精確定位。 5) 無(wú)法進(jìn)行室內(nèi)定位 盡管 GPS 定位通過(guò)各種誤差處理方式能夠在很大程度上減小誤差，但是由于 GPS 定位是基于太空中的衛(wèi)星進(jìn)行的 ，所有的定位均需要在衛(wèi)星可見(jiàn)的視野中完成。 4) 接收機(jī)軟件和硬件造成的誤差 在進(jìn)行 GPS 定位時(shí)，定位結(jié)果還收受到諸如處理與控制軟件和硬件的影響。對(duì)流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，其溫度隨高度的增加而降低。在改正電離層折射方面已經(jīng)擁有比較有效的方式，如利用同步觀測(cè)值求方差等方法，但是完全消除誤差還擁有較大困難。 2) 電離層折射 在地球上空距地面 50 至 100Km 之間的電離層中，氣體分子受到太陽(yáng)等天體各種射線(xiàn)輻射產(chǎn)生強(qiáng)烈電離，形成大量的自由電子和正離子。實(shí)施 SA 技術(shù)后， SA 誤差已經(jīng)成為影響 GPS 定位誤差的最 主要因素。 GPS 的誤差 由于 GPS 自身的特點(diǎn)，我們?cè)谑褂?GPS 進(jìn)行定位時(shí)，會(huì)受到多種因素的影響，這使得 GPS 定位存在誤差。然后采用和偽距法類(lèi)似的原理，求出觀測(cè)站的位置和時(shí)鐘誤差等。偽距發(fā)的測(cè)量精度相對(duì)較低。 3) 偽距法與載波相位法 偽距法 [Daly P. , 1993]：在使用偽距法定位時(shí)，接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生于衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)相同的一組測(cè)距碼（ P 碼或 C/A 碼），通過(guò) 延遲器與接收機(jī)收到的信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)兩組信號(hào)彼此完全重合（相關(guān)）時(shí)，測(cè)出的本機(jī)信號(hào)延遲量即為衛(wèi)星信號(hào)的傳輸時(shí)間，加上一系列的改正后乘以光速，得出衛(wèi)星與天線(xiàn)相位中心的斜距。 相對(duì)定位 ：相對(duì)定位是確定同步跟蹤相同 GPS 信號(hào)的若干臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)位置的一種方法。這種對(duì)快速移動(dòng)物體進(jìn)行定位的方式就叫做動(dòng)態(tài)定位，也是最常見(jiàn)并且應(yīng)用廣 泛的定位方式。 動(dòng)態(tài)定位 ：車(chē)、船、飛機(jī)、航天器等物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)通常需要知道他們的南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 無(wú)線(xiàn)定位相關(guān)技術(shù) 9 實(shí)時(shí)位置。 以上這三個(gè)部分共同組成了一個(gè)完整的 GPS 系統(tǒng)。 用戶(hù)設(shè)備部分： GPS 的用戶(hù)部分由 GPS 接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶(hù)設(shè)備（如計(jì)算機(jī)氣象儀器等所組成）。監(jiān)控站的作用負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)控衛(wèi)星工作狀態(tài)。 地面控制部分： GPS 地面監(jiān)控系統(tǒng)分布于全球范圍，由 1 個(gè)主控站、 5 個(gè)監(jiān)控站和 3 個(gè)注入站組成。這樣布局從理論上可以保證 GPS 在地球上任何時(shí)間、任何地點(diǎn)對(duì)物體進(jìn)行定位。衛(wèi)星運(yùn)行周期約 為 11 小時(shí) 58分鐘。利用該系統(tǒng)，用戶(hù)可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航定位和測(cè)速；另外，利 用該系統(tǒng)，用戶(hù)還能夠進(jìn)行高精度的時(shí)間傳遞和精密定位 [GPS, 2020]。 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 無(wú)線(xiàn)定位相關(guān)技術(shù) 7 第二章 無(wú)線(xiàn)定位相關(guān)技術(shù) GPS 無(wú)線(xiàn)定位 GPS（ Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)，又稱(chēng)作導(dǎo)航衛(wèi)星定時(shí)與測(cè)距（ Navigation Satellite Timing and Ranging），是由美國(guó)建立的基于衛(wèi)星導(dǎo)航的精密定位系統(tǒng)。并給出了簡(jiǎn)要的系統(tǒng)運(yùn)行效果。 第四章 iLocate 無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng) 本章首先介紹了 iLocate 系統(tǒng)的項(xiàng)目背景、應(yīng)用場(chǎng)景；然后對(duì) iLocate 系統(tǒng)的整體框架及三個(gè)層次的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行了分別闡述。 第三章 3D 模型處理技術(shù) 闡述了 iLocate 系統(tǒng)中使用到的 Google Sketchup、 OGRE圖像渲染引擎、碰撞檢測(cè)引 擎等技術(shù)。說(shuō)明了 GPS 在戶(hù)內(nèi)或高精度要求下無(wú)法準(zhǔn)確定位的問(wèn)題。 本文的組織結(jié)構(gòu)如下： 第一章 緒論 介紹 了無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的概念，描述了當(dāng)今無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用狀況，并引出問(wèn)題，說(shuō)明了目前國(guó)內(nèi)在短距離精確無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)的應(yīng)用中還不夠成熟，缺乏完整的商用系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中， iLocate 系統(tǒng)被分為了 iLocateEngine， iLocateServer， iLocateClient 三個(gè)層次，本文闡述了每個(gè)層次的設(shè)計(jì)與概要實(shí)現(xiàn)。 接著本文提出了 iLocate 無(wú)線(xiàn)定位項(xiàng)目。 另外，在無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)中，通常會(huì)使用到各種圖像渲染與圖像處理技術(shù)，為實(shí)時(shí)的圖像顯示提供支撐。 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 5 本文的工作 本文在分析了國(guó)內(nèi)外移動(dòng)定位技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r后，首先對(duì)無(wú)線(xiàn)通信及無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)進(jìn)行了介紹。 iLocate 無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)具有這樣的功能：通過(guò)底層的 UWB 傳感器獲取移動(dòng)物體的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將該實(shí)時(shí)傳送至 iLocateEngine 層；在 iLocateEngine 層中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的坐標(biāo)格式，并傳送至上層的 iLocateServer；在iLocateServer 中物體數(shù)據(jù)與模型被存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)之中， iLocateServer 通過(guò)與客戶(hù)端建立連接進(jìn)行模型與實(shí)時(shí)物體數(shù)據(jù)的傳輸；在 iLocateClient 層，模型與物體數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)渲染并顯示出來(lái)，最終以 3D 或 2D 圖像的形式呈現(xiàn)在客戶(hù)端的 PC機(jī)中 [DONE, 2020]。旨在通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)技術(shù)以及具體無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)的介紹，來(lái)達(dá)到普及無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)以及無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)的目的。 選題意義 關(guān)于移動(dòng)定位技術(shù)，除了中國(guó)移動(dòng)與中國(guó)聯(lián)通在精確無(wú)線(xiàn)定位上做出過(guò) 較大范圍的嘗試以外，便 少有其它產(chǎn)商針對(duì)該領(lǐng)域研制開(kāi)發(fā)精確無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，對(duì)于國(guó)外比較成熟的市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)在短距離精確無(wú)線(xiàn)定位領(lǐng)域還處于相對(duì)落后甚至相對(duì)空白的地位。 “定位之星 ”業(yè)務(wù)基于移動(dòng)終端的定位， 結(jié)合地理信息系統(tǒng) (GIS)所提供的地圖數(shù)據(jù)信息，向用戶(hù)提供位置信息服務(wù)。中國(guó)移動(dòng)在 2020 年展開(kāi)了基于 CellID 技術(shù)的移動(dòng)定位業(yè)務(wù)試驗(yàn)，并于 2020 年初在 “移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng) ”的 GPRS 業(yè)務(wù)中捆綁了定位功能。日本移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TT DoCoMo 先后推出了基于 GPSOne 技術(shù)的 DoCoNavi 業(yè)務(wù)與 i Area 定位服務(wù)；韓國(guó)方面，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商 KTF 繼美國(guó)的 Spring PCS 與日本的 KDDI 之后，全球第三家提供了 GPSOne 業(yè)務(wù)， 而 KTF 推出的 Geleye 手機(jī)在開(kāi)闊的地方進(jìn)行定位的精確度可以達(dá)到 50m，并為手機(jī)用戶(hù)提供了諸如 “移動(dòng)保鏢 (Mobile Bodyguard)”的個(gè)人安全服務(wù) [方旭明等 , 2020]。但是，無(wú)線(xiàn)定位的商業(yè)應(yīng)用在歐洲卻沒(méi)有得到很有效的推廣。 歐洲方面，自 2020 年 1 月 1 日起，政府便開(kāi)始 推行增強(qiáng)型 112 (E112)。于此同時(shí)，在 E911 中擔(dān)任核心角色的 Spring PCS 在獲得批準(zhǔn)后開(kāi)始推行商用移動(dòng)定位服務(wù)。 無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 在美國(guó)，自 911 事件后，政府主導(dǎo)推廣了增強(qiáng)型 911 (E911)系統(tǒng)，旨在讓 系統(tǒng)通過(guò)呼叫中的移動(dòng)電話(huà)對(duì)呼叫者進(jìn)行準(zhǔn)確定位，以便及時(shí)提供救助。當(dāng)有無(wú)線(xiàn)設(shè)備進(jìn)入該檢測(cè)局域時(shí)，系統(tǒng)便能快速精確的確定出該設(shè)備的坐標(biāo)信息 [RF 指紋識(shí)別 ]。 這種基于距離的無(wú)線(xiàn)定位方法又被稱(chēng)作 Time of Arrival (TOA)方法，其工作原理類(lèi)似于下圖所示 [Ali et al, 2020]： 半 徑 1半 徑 3半 徑 2ABC 圖 TOA 工作原理 基于指紋的定位： 基于指紋的定位方法，又稱(chēng)作射頻指紋 (Radio Frequency Fingerprinting)技術(shù)，相較于之前兩種定位技術(shù)，射頻指紋 (RF Fingerprinting)是一種能夠高精度圖 AOA 工作原理 角度 1 角度 2 已知距離 D BS1 BS2 被測(cè)物體 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 3 進(jìn)行無(wú)線(xiàn)設(shè)備定位的技術(shù) [Kaveh, 2020]。 圖 顯示了基于方向的無(wú)線(xiàn)定位 (AOA)的工作原理 [Ali et al, 2020]： 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 基于距離的定位： 因?yàn)殡娮硬ㄔ诳諝庵械膫鞑ニ俣燃垂馑?，因此我們可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)從移動(dòng)設(shè)備發(fā)出的時(shí)刻與無(wú)線(xiàn)信號(hào)被基站接收的時(shí)刻推算出移動(dòng)設(shè)備與基站之間的距離，由該距離我們可以知道移動(dòng)設(shè)備存在于距離基站一定距離的圓周上。但如果移動(dòng)設(shè)備恰好位于兩個(gè)基站之間的直線(xiàn)上，兩個(gè)基站將無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)出設(shè)備的位置，因此需要在第三個(gè)位置引入一個(gè)基站。該技術(shù)通過(guò)至少兩個(gè)位于不同位置的基站 (Base Station)對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。 在進(jìn)行無(wú)線(xiàn)定位時(shí)，我們可以有幾種不同的選擇，即無(wú)線(xiàn)定位工作可以是以下定位方式中的任意一種：基于方向的定位、基于距離的定位、基于指紋的定位等。基站 (Base Station)是指，位于固定位置的專(zhuān)門(mén)用戶(hù)收發(fā)移動(dòng)設(shè)備信號(hào)的通信站，它是進(jìn)行無(wú)線(xiàn)定位的核心組成部分，多個(gè)基站組合即構(gòu)成一個(gè)能夠?qū)σ苿?dòng)設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確定位的系統(tǒng)。 它 又被 稱(chēng) 為 移 動(dòng) 定 位(MobileLocation)，無(wú)線(xiàn)電定位 (RadioLocation)，或是地理定位 (GeoLocation) [周武旸等 , 2020]。同時(shí)， iLocate 在實(shí)際使用中擁有較好的易用性與可擴(kuò)展性。 iLocate 無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)是一套從硬 件到軟件的一體化解決方案，旨在通過(guò)自主研發(fā)實(shí)現(xiàn)完整的短距離無(wú)線(xiàn)精確定位系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中， iLocate 系統(tǒng)被分為了 iLocateEngine、 iLocateServer 及iLocateClient 三個(gè)層次，本文對(duì)這三個(gè)層次的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了闡述，進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，并 簡(jiǎn)要 展示了系統(tǒng)的運(yùn)行效果。 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)具體的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)： iLocate 無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)。另一方面，無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)通常伴隨實(shí)時(shí)圖像渲染與圖像顯示，為此本文闡述了無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)中會(huì)使用到的相關(guān) 3D圖形技術(shù)。然而國(guó)內(nèi)在無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的應(yīng)用方面卻處于相對(duì)落后的地位，尤其是針對(duì)短距離室內(nèi)移動(dòng)物體的精確定位，一直沒(méi)有開(kāi)發(fā)出完整的成熟應(yīng)用。 研 究 生 畢 業(yè) 論 文 （申請(qǐng)工程碩士學(xué)位） 論文題目 iLocate無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 作者姓名 王俊 學(xué)科、專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 工程碩士（軟件工程領(lǐng)域） 研究方向 軟件工程 指導(dǎo)老師 李宣東 教授 邵棟 副教授 2020 年 3 月 30 日 學(xué) 號(hào)： MG0732054 論文答辯日期： 2020年 5月 15日 指 導(dǎo) 教 師： （簽字） The Design and Implementation of iLocate Wireless Location System WANG, Jun Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Engineering supervised by Associate Professor Software Institute NANJING UNIVERSITY Nanjing, China March, 2020 南京大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 I 摘 要 無(wú)線(xiàn)定位是一種通過(guò)無(wú)線(xiàn)設(shè)備對(duì)物體或人進(jìn)行定位并將信息實(shí)時(shí)呈現(xiàn)給使用者的技術(shù)，旨 在為人們提供精確的定位信息。無(wú)線(xiàn)定位的應(yīng)用在國(guó)外已經(jīng)得到了很好 應(yīng)用，有諸如 E911 或者增強(qiáng)型 112 等成熟的系統(tǒng)。 在這樣的背景下，本文首先對(duì)無(wú)線(xiàn)技術(shù)及無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)進(jìn)行了闡述，分析了當(dāng) 今被廣泛接受的 GPS， UWB 等無(wú)線(xiàn)技術(shù) 。在介紹 3D 圖形處理工作時(shí)，本文重點(diǎn)分析了 Google Sketchup，OGRE，碰撞檢測(cè)等技術(shù)的概念與應(yīng)用。 iLocate 是一個(gè)主要用于室內(nèi)短距離精確定位的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，能夠?yàn)槭褂谜咛峁?zhǔn)確實(shí)時(shí)的定位信息。定位引擎 (iLocateEngine)主要功能是為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的位置信息；應(yīng)用服務(wù)端 (iLocateServ