0 引言

　　移動定位技術(shù)已經(jīng)與緊急救援,、醫(yī)療,、航海等方面息息相關(guān)，在服務(wù)于大眾日常生活的同時(shí),，也為國家在某些領(lǐng)域帶來極大的便利,。FCC(美國通信委員會)對E911的提出促進(jìn)了LBS(Location Based Service)的發(fā)展，同時(shí)近年來互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展在某種程度上加快了移動定位的發(fā)展,。盡管如此,，定位精度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。不過可喜的是,，當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng),、物聯(lián)網(wǎng)等的高速發(fā)展，以及全球化的定位系統(tǒng),，比如我國正在自主發(fā)展,、獨(dú)立運(yùn)行的全球?qū)Ш较到y(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System)、美國軍方研制的GPS(Global Positioning System),、俄羅斯的格洛納斯GLONASS(Global Navigation Satellite System),、歐盟的伽利略(Galileo Position-

　　ing System)等，說明定位技術(shù)在一個(gè)地區(qū),，乃至全球有著舉足輕重的作用,。

　　目前，網(wǎng)絡(luò),、終端以及多種技術(shù)相互結(jié)合成為移動定位的技術(shù)主流,。 在移動定位方面主要的工作是提高定位的精度，不斷改進(jìn)原有技術(shù)以及對新技術(shù)的研發(fā),，如對室內(nèi)定位目前所存在的技術(shù)上的欠缺,，是當(dāng)下亟待解決的問題,。在移動定位技術(shù)方面，已經(jīng)基本上能夠滿足廣大用戶的需求,，各種定位技術(shù)相互借鑒,，揚(yáng)長避短，定位精度日漸提高,。

1 移動定位性能指標(biāo)

　　評價(jià)移動定位性能的優(yōu)略,，主要對定位精度、響應(yīng)時(shí)間,、定位復(fù)雜度等進(jìn)行評價(jià),。

　　1.1 定位精度

　　定位精度是指空間實(shí)體位置信息坐標(biāo)與真實(shí)位置坐標(biāo)之間的差異，是定位性能最重要的指標(biāo),。

　　(1)MSE與RMSE

　　其中,，(x，y)為真實(shí)坐標(biāo)位置,，(x′,，y′)為空間實(shí)體位置坐標(biāo)。

　　(2)克拉美羅下界

　　克拉美羅下界(CRLB)對無偏估計(jì)規(guī)定了下界,。用MSE或者RMSE對CRLB的逼近程度進(jìn)行判定,。

　　(3)累積概率函數(shù)

　　累積分布函數(shù)(CDF)是對概率密度函數(shù)(PDF)的積分，表征在某個(gè)范圍內(nèi)隨機(jī)變量所能發(fā)生的概率,。

　　(4)圓(球)誤差概率

　　圓(球)誤差概率(CEP),，又稱之為圓形公算誤差，表征事件發(fā)生于規(guī)定范圍內(nèi)的概率,。

　　(5)幾何精度因子

　　幾何精度因子(GDOP)指GPS測距誤差造成接收機(jī)與空間衛(wèi)星間的距離矢量放大因子。表示為：

　　其中,，A為系數(shù)矩陣,。

　　在二維定位系統(tǒng)中，GDOP表示為：

　　(6)相對定位誤差

　　相對定位誤差(PRF)為定位范圍最大圓(球)半徑與定位精度的比值,，表示為：

　　1.2 響應(yīng)時(shí)間

　　響應(yīng)時(shí)間指從終端或網(wǎng)絡(luò)發(fā)出定位請求之后,，到成功返回滿意結(jié)果所用時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間越小,，定位性能越好,。

　　1.3 定位復(fù)雜度

　　定位復(fù)雜度分為定位算法復(fù)雜度和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)復(fù)雜度。定位復(fù)雜度與響應(yīng)時(shí)間相關(guān),，定位越復(fù)雜響應(yīng)時(shí)間越長,。

2 移動網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

　　移動網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的定位方法，市場上大部分移動終端或者手持式移動設(shè)備都配備這種功能,，比如全球移動通信系統(tǒng)GSM(Global System for Mobile communications)以及碼分多址CDMA(Code Division Multiple Access)這兩種無線通信技術(shù),。以Cell-ID,、WLAN、WSN為媒介,，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，對移動網(wǎng)絡(luò)定位有了劃分。

　　2.1 基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

　　蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位屬于無線電定位范疇,，它所定位的對象是針對于靜止或者慢速移動的對象,，比如手機(jī)或者其他手持式設(shè)備。MS,、移動網(wǎng)絡(luò),，以及由衛(wèi)星定位系統(tǒng)為定位基礎(chǔ)，結(jié)合前兩種而形成的定位方法,。采取蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位,，主要是采取對信號到MS的時(shí)間、時(shí)間差,、角度進(jìn)行測量,，通過適當(dāng)合理的計(jì)算估計(jì)出地理位置[1]。

　　蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位在很大程度上受到多徑[2],、NLOS[3],、多址接入[4]、BS數(shù)目的限制,。為了降低這些因素的影響,，針對NLOS采取校正、加權(quán),、幾何約束等方法,；針對多址干擾，在改進(jìn)算法的同時(shí),，還對網(wǎng)絡(luò)的物理層進(jìn)行檢測,，或者對應(yīng)用干擾抵消的方法。

　　2.2 基于WLAN定位技術(shù)

　　WLAN定位技術(shù)利用WiFi終端(如筆記本,、PDA以及智能手機(jī)等)掃描無線局域網(wǎng)協(xié)議中定義的參數(shù),，主要使用接收信號強(qiáng)度或者信噪比信息進(jìn)行定位。WLAN定位技術(shù)有兩種工作模式,，一種利用工作基站(Access Point,，也稱訪問點(diǎn))，另外一種是Ad Hoc模式,，前者應(yīng)用最為廣泛,，主要是因?yàn)榫哂懈玫臒o線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，網(wǎng)絡(luò)通信也更加穩(wěn)固可靠,，而后者比較方便,，建立臨時(shí)對等無線網(wǎng),，靈活性比較強(qiáng)。

　　目前,，基于WLAN定位[5]：一是RSSI技術(shù)的使用,；二是對信號傳輸?shù)乃p規(guī)律和信號強(qiáng)度等物理量的測量；三是借鑒了經(jīng)驗(yàn)信號強(qiáng)度測量值和基于信號傳播模型法,。算法的改進(jìn),，比如新型定位方法ABS(指紋識別定位)、GA(遺傳定位算法),、DANN(適應(yīng)性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))等,，均在一定程度上實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目的，減小了定位誤差,。

　　2.3 基于WSN定位方法

　　由于WSN兩個(gè)特點(diǎn)：一是傳感器節(jié)點(diǎn),，二是多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，為WSN輔助定位提供了條件,。借助WSN采集用于定位的相關(guān)數(shù)據(jù),，例如距離、角度等量,，然后通過特定算法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位[6],。

　　基于WSN定位方法，主要取決于兩方面內(nèi)容,，一是WSN性能的提高,，二是對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化處理算法的優(yōu)化和改進(jìn)。WSN與傳感器技術(shù),、微機(jī)電系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)和通信等技術(shù)息息相關(guān)，一方面硬件技術(shù)在改進(jìn),，另一方面算法也得到了發(fā)展,，三維定位算法擴(kuò)展了WSN的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí),，隨著技術(shù)的改善（低功耗,、FPGA等）,，智能算法也會被普遍使用,。

3 移動終端定位技術(shù)

　　隨著3S(GPS、GIS,、RS)技術(shù)的發(fā)展,，并且伴隨LBS的出現(xiàn)，移動終端定位已經(jīng)深入各行各業(yè),，為廣大用戶的日常生活帶來了極大的便利,。由于移動終端定位有著廣泛的市場前景以及潛在應(yīng)用價(jià)值,，很多國家地區(qū)，以及部分高等院校,、研究機(jī)構(gòu)投入了大量人力物力進(jìn)行了研發(fā),。我國移動通信市場已日趨國際化，信息產(chǎn)業(yè)如今在國民經(jīng)濟(jì)所占比重尤為可觀,，同時(shí)對于核心技術(shù),，知識產(chǎn)權(quán)也尤為重要。因此,，該技術(shù)已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱點(diǎn),。

　　移動終端定位技術(shù)需要BS/LUM和MS的雙方參與，前者發(fā)送定位信號,，后者接收信號,，同時(shí)利用某些定位算法，從得到的數(shù)據(jù)中計(jì)算出MS的地理坐標(biāo),，實(shí)現(xiàn)定位的目的,。由于需要MS的參與，對提高定位精度方面,，就必須對其本身的軟硬件進(jìn)行改進(jìn),，從某些程度上導(dǎo)致功耗的提高、體積的增加以及成本的提高,。針對種種問題,，主要采取TDMA、E-OTD,、OTDOA-IPDL,、A-GPS、GPSOne等[7-10],。

　　3.1 E-OTD定位技術(shù)

　　E-OTD定位技術(shù)是在GSM下發(fā)展起來的定位方式,。E-OTD主要由3個(gè)量組成：觀察時(shí)間差OTD、RTD以及GTD,，其中OTD是MS接收到兩個(gè)不同BTS信號的時(shí)間差,；RTD是兩個(gè)BTS之間的系統(tǒng)時(shí)間差；GTD是兩個(gè)BTS到MS由于距離差而引起的傳輸時(shí)間差,。三者之間數(shù)學(xué)關(guān)系是OTD=RTD+GTD[11],。

　　這種定位方法區(qū)別于同步網(wǎng)絡(luò)和異步網(wǎng)絡(luò)，在同步網(wǎng)絡(luò)中,，通過測量信號由若干BTS到MS的到達(dá)時(shí)間差OTD,，來進(jìn)行定位；在異步網(wǎng)絡(luò)中,，利用位置測量單元LUM(Location Measurement Unit),，計(jì)算相對時(shí)間差RTD(Real Time Difference),，用來補(bǔ)償由于不同BTS的異步時(shí)鐘所產(chǎn)生的誤差，從而通過LUM和RTD兩者的結(jié)合,，作出相應(yīng)的定位,。從而構(gòu)成方程：

　　其中C表示系數(shù)矩陣，向量xy表示MS位置坐標(biāo)增量,，向量D表示相對于xy的距離,，通過變化得出：

　　在迭代求解過程中，為了減小誤差,，可以使用加權(quán)最小二乘法,，求解之前，首先選擇一個(gè)初始MS坐標(biāo)位置,，然后通過反復(fù)迭代直到逼近預(yù)先設(shè)置的臨界值,，從而確定出MS的空間位置。

　　3.2 OTDOA-IPDL定位技術(shù)

　　OTDOA-IPDL是TD-SCDMA系統(tǒng)下的一種定位方式,，該定位方法是在OTDOA定位技術(shù)的基礎(chǔ)上,，應(yīng)用IPDL技術(shù)，目的是提高BS到MS之間測距準(zhǔn)確性和可靠性,。在IPDL期間,，MS測量下行導(dǎo)頻信號，得到TOA,，估算出MS與BS之間的距離,。具體定位過程為：測距、距離校準(zhǔn)和算法實(shí)現(xiàn),。具體實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示[9],。

　　3.3 基于GPS的定位技術(shù)

　　隨著市場需求的不斷發(fā)展，廣大用戶對定位要求是越來越高,，但是由于傳統(tǒng)GPS定位冷啟動時(shí)間長,、功耗大、定位時(shí)間長等缺點(diǎn)的限制,，從而 A-GPS,、GPSOne等技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其一是技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,，其二是市場對定位的需求,。

　　A-GPS定位技術(shù)[12]即輔助GPS定位技術(shù)，其原理如圖2所示,。輔助與否的關(guān)鍵在于是否有移動互聯(lián)網(wǎng)參與定位環(huán)節(jié),。GPS定位關(guān)鍵在于GPS衛(wèi)星發(fā)射信號,，地面接收機(jī)接收并處理信號,，通過特定算法解算出位置坐標(biāo),。而A-GPS技術(shù)在此技術(shù)的基礎(chǔ)上，讓網(wǎng)絡(luò)參與定位,，其實(shí)就是傳統(tǒng)概念的GPS定位與移動網(wǎng)絡(luò)定位的相互結(jié)合,，集空間、地面,、終端于一體,，一是減小了首次定位的時(shí)間，二是很大程度上能夠克服地理環(huán)境上造成衛(wèi)星信號無法正常接收的弊端,。

　　輔助GPS定位技術(shù)目前在移動定位技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,，但是難免存在瑕疵。在室內(nèi)情況下,，由于衛(wèi)星信號比較弱,，A-GPS仍然不能發(fā)揮其優(yōu)勢，故而出現(xiàn)了GPSOne技術(shù)[13],。該技術(shù)是通過結(jié)合GPS衛(wèi)星信號和CDMA網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行混合定位,，其在利用輔助GPS定位的技術(shù)的基礎(chǔ)上，當(dāng)移動終端處在室內(nèi)這種不能接收較為穩(wěn)定衛(wèi)星信號時(shí),，可以通過移動網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)定位,，改善了室內(nèi)定位的效果。

　　3.4 基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的定位

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)[14]是我國自主研發(fā)的導(dǎo)航定位系統(tǒng),，主要包括北斗一號和北斗二號兩代系統(tǒng),。目前，北斗一號已經(jīng)在某些地區(qū)投入工作,，北斗二號還處在建設(shè)當(dāng)中,。BDS的投入使用，不僅對我國的國防,、經(jīng)濟(jì)以及現(xiàn)代化建設(shè)有著舉足輕重的作用,，而且以其開放、自主,、兼容,、漸進(jìn)等特點(diǎn)，將會服務(wù)于周邊國家,，將來也會服務(wù)于全球,。

　　其主要由空間部分、地面中心控制系統(tǒng),、用戶終端三部分組成,，形成完善的定位網(wǎng)絡(luò)。用戶需要定位時(shí)，通過終端發(fā)出的信號,，由兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面控制中心,，地面中心計(jì)算出終端與衛(wèi)星之間的距離，各以衛(wèi)星為球心,，以得到的距離為半徑,，終端所處與兩球面的交線上，并結(jié)合地面中心的高程地圖,，即可做出定位,。

4 移動定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及3S技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代各行各業(yè)帶來了極大的便利， LBS技術(shù)服務(wù)于各行各業(yè),，移動定位技術(shù)得到了快速的發(fā)展,，很多國家和地區(qū)、科研單位以及高校均投入大量的人力,、物力,、財(cái)力進(jìn)行了研究，并且取得了可觀的成效,。比如在車輛導(dǎo)航,、游客指導(dǎo)、緊急救援或者搜救等方面都發(fā)揮了極其重要的作用,。

　　目前而言,，移動定位技術(shù)基本上以無線網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，以導(dǎo)航系統(tǒng)作為支撐,，形成了無線網(wǎng)絡(luò)定位,、定位設(shè)備定位以及兩者結(jié)合形成的定位技術(shù)，但是由于各種因素的制約,，都在某種程度上影響著定位的精度和效率,；再者，GPS,、北斗等定位技術(shù)可以使精度上大大提高,，不過一方面由于成本比較高，另一方面如果處在不能正常接收衛(wèi)星信號的區(qū)域,，其定位的能力在某種程度上也大打折扣,。因此，對傳統(tǒng)的定位方式精度的提高主要工作是定位設(shè)備硬件設(shè)備的提高和定位算法的改進(jìn),。

5總結(jié)

　　移動定位技術(shù)已經(jīng)深入人們的日常生活,，如何快捷有效的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位已經(jīng)是定位行業(yè)正在解決的問題。由于互聯(lián)網(wǎng),、無線電,、全球定位系統(tǒng)的飛速發(fā)展,，目前移動定位已經(jīng)得到較為滿意的成果，但是還無法滿足某些場合或者條件下,，存在的種種客觀條件的制約,。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，相信未來的移動定位技術(shù)會逐漸得以完善,。

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