Localization System

主流定位系统

卫星定位

美国：GPS
俄罗斯：GLONASS
欧盟：伽利略
中国：北斗一号、北斗二号

GPS

GPS 系统结构
- 宇宙空间部分：24 颗工作卫星
- 地面监控部分（全部在美国境内）
  - 1 个主控中心（另有一个备用）
  - 4 个专用地面天线
  - 6 个专用监视站
- 用户设备部分
  - GPS 接收机
GPS 优点
- 精度高
- 全球覆盖，可用于险恶环境
GPS 缺点
- 启动时间长
- 室内信号差
- 需要 GPS 接收机

A-GPS Assisted GPS

GPS 定位和蜂窝基站定位的结合体
利用基站定位确定大致范围
连接网络查询当前位置卫星
大大缩短搜索卫星的时间

蜂窝基站定位

优点
- 无需要 GPS 接收机，可通讯即可定位
- 启动速度快
- 信号穿透能力强，室内也可以接收到
缺点
- 定位精度相对较低
- 基站需要有专门硬件，造价昂贵

GSM 蜂窝网络

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通讯区域被分割成蜂窝小区
每个小区对应一个通讯基站
通讯设备连接小区对应基站进行通讯

单基站定位法

COO 定位 Cell of Origin
- 将移动设备所属基站的位置视为移动设备的位置
- 优点：简单、快速，适用紧急情况

多基站定位法

ToA/TDoA 定位法
- 测量无线信号传播时间
- 需要 三个基站 才能定位
AoA 定位法
- 测量无线信号的传播时间和传播方向
- 需要 两个基站 定位

室内精确定位

室内环境的复杂性

多径效应：障碍物反射电磁波，反射波和原始波在接收端混叠
室内只能选用 短波信号 进行定位
- Wi-Fi、ZigBee、蓝牙（京都有限、成本低）
- 红外线、超声波、RFID、超宽带等等（精度高、成本高）

Wi-Fi 定位

定位方法

基于距离（时间）的定位：Time of Arrival, ToA
- 方法一：利用波速差
  - 在发射端同时发送一道电磁波和声波
  - 接收端记录电磁波到达时间 $t_{r}$ ，声波到达时间 $t_{s}$
  - 距离 $d = \frac{v_{r} v_{s} (t_{s} - t_{r})}{v_{r} - v_{s}} \approx v_{s} (t_{s} - t_{r})$
- 方法二：测量波的往返时间
  - 发送端于 $t_{0}$ 时刻发送波
  - 接收端收到波后，等待时间 $Δ t$ 后返回同样的波
  - 发送端记录收到回复的时间 $t$
  - 距离 $d = \frac{v (t - t_{0} - Δ t)}{2}$
- 位置计算方法：多点测量
- 局限：需要参考点和测量目标时钟同步
基于距离（时间）差的定位：Time of Difference of Arrival, TDoA
- 测量目标发送广播信号
- 参考点 $i$ ， $j$ 分别记录信号接收到的时刻 $t_{i}$ ， $t_{j}$
- 测量目标到 $i$ ， $j$ 的距离差 $Δ d_{i j} = v (t_{i} - t_{j})$
- 使用至少两组距离差联立方程求解
- 局限：需要参考点之间时钟同步
基于信号特征的定位：Received Signal Strength, RSS
基于信号特征的动态定位方法：LANDMARC
基于群智感知的非现场勘测定位：LiFS