試析無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)論文

　　無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)接收無(wú)線(xiàn)電磁波，并運用相應的算法計算接收到的信息，從而測量目標位置，以此實(shí)現對目標的精準定位。以下是小編為您整理的試析無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)，希望能提供幫助。

　　試析無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)論文 篇1

　　摘要：

　　借助無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)，人們可隨時(shí)查詢(xún)各類(lèi)信息、位置。主要對移動(dòng)通信系統中的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)及其應用進(jìn)行了分析和討論，以期促進(jìn)無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：

　　無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)；移動(dòng)通信系統；AOA定位法；TDOA定位法

　　隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信系統中的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視，也成為了移動(dòng)運營(yíng)商們經(jīng)營(yíng)的項目。因此，在移動(dòng)通信系統中應用好無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)，并解決實(shí)際應用過(guò)程中的問(wèn)題，彌補其中的缺陷，是更好地推動(dòng)我國移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的前提。

　　1.無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)

　　無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)接收無(wú)線(xiàn)電磁波，并運用相應的算法計算接收到的信息，從而測量目標位置，以此實(shí)現對目標的精準定位。測量方法決定了測量精度，因此，在移動(dòng)通信系統中，測量方法是相當重要的技術(shù)手段之一。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)定位測量方法的改進(jìn)和完善，越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)定位方法不斷出現，使無(wú)線(xiàn)定位的準確度逐漸提高。

　　在當前的移動(dòng)通信系統中，主要包括GPS定位法、TOA定位法、TDOA定位法、AOA定位法和場(chǎng)強定位法等定位技術(shù)。對于上述定位方法，干擾定位準確度的因素主要有NLOS(非視距傳播)、多徑和多址等。

　　2.無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的應用

　　2.1算法

　　TOA定位法是利用已知電磁波的傳播速度，并測試出發(fā)射機與接收機間電磁波的傳播時(shí)間，從而計算兩者距離的方法。該方法通過(guò)多個(gè)基站獲取距離信息，并畫(huà)圓，多個(gè)圓的交點(diǎn)即目標的可能位置。TDOA定位法是指利用信號傳輸的時(shí)間差來(lái)計算目標位置的方式，通過(guò)相應的數學(xué)理論、1個(gè)TDOA對應目標發(fā)送信號到2個(gè)基站的時(shí)間差，可得到目標軌跡是以2個(gè)基站為焦點(diǎn)的1對雙曲線(xiàn)，并通過(guò)計算多個(gè)TDOA值，對應的多條雙曲線(xiàn)的交點(diǎn)即目標的可能位置。

　　AOA定位法是指利用目標與基站的角度關(guān)系確定位置的方法，基站的接收天線(xiàn)陣列可測量目標發(fā)射電磁波的到達角度，從而得出目標和基站的方位線(xiàn)，多個(gè)方位線(xiàn)的交點(diǎn)即目標的可能位置。

　　2.2具體應用

　　2.2.1在移動(dòng)電話(huà)盜打中的'應用

　　移動(dòng)電話(huà)盜打是指用戶(hù)的電話(huà)卡被不法分子復制，并惡意盜打，使用戶(hù)在不知情的情況下產(chǎn)生了高額的話(huà)費。當出現該情況時(shí)，用戶(hù)會(huì )質(zhì)疑通信公司在亂扣費，甚至懷疑通信公司的內部人員在盜打用戶(hù)電話(huà)，這嚴重影響了通信公司與用戶(hù)的關(guān)系。而利用無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)可定位盜打人員的位置，從而為公安機關(guān)提供破案線(xiàn)索，抑制電話(huà)盜打現象的發(fā)生。

　　2.2.2在移動(dòng)黃頁(yè)中的應用

　　通過(guò)無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)，移動(dòng)黃頁(yè)可迅速定位用戶(hù)位置，從而根據用戶(hù)位置篩選出相應的信息供用戶(hù)查詢(xún)。在此情況下，不僅可以滿(mǎn)足用戶(hù)快速查詢(xún)相關(guān)信息的需求，還能進(jìn)一步擴大移動(dòng)業(yè)務(wù)的范圍，從而為移動(dòng)通信行業(yè)創(chuàng )造了可觀(guān)的經(jīng)濟效益。

　　2.2.3在緊急救援中的應用

　　將無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)應用到緊急救援中是移動(dòng)通信工程的重大突破，它使緊急救援的成功率得到了巨大的提升。在緊急救援中，時(shí)間是第一要素。通常情況下，人們在報警時(shí)都需要向警方提供詳細的位置，以便警方快速實(shí)施救援。

　　然而，在一些特殊情況下，報警人因精神過(guò)度緊張、時(shí)間緊迫或對所處環(huán)境不熟悉等，無(wú)法向警方提供自身的具體位置。此時(shí)，通過(guò)用戶(hù)電話(huà)內置的位置服務(wù)功能，警方能快速確定用戶(hù)的位置，從而在第一時(shí)間開(kāi)展救援工作。

　　2.2.4在智能交通系統和車(chē)輛導航中的應用

　　在智能交通系統中，需要定位大量車(chē)輛的位置。以往，使用AVL系統定位車(chē)輛的位

　　置。然而，AVL系統需要大量的硬件投資，且會(huì )占用寶貴的頻帶資源。而移動(dòng)通信系統中的位置服務(wù)功能可有效解決上述問(wèn)題。具體而言，在需要導航和跟蹤的汽車(chē)上安裝移動(dòng)車(chē)載臺，通過(guò)通信基站和車(chē)載臺，車(chē)輛的位置信息會(huì )實(shí)時(shí)傳輸至交通管理調度中心，從而使交通管理調度中心與車(chē)輛建立起協(xié)調的導航管理。

　　3.結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平在不斷提高，其在生活品質(zhì)上也有了更高的要求。各大移動(dòng)運營(yíng)商應緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，不斷更新、改造舊的產(chǎn)品，并不斷研發(fā)新產(chǎn)品，從而吸引用戶(hù)。本文闡述了無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的概念，并詳細介紹了無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的計算方法及其在移動(dòng)通信系統中的應用，以期消除定位誤差，不斷改進(jìn)和完善無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)，使之能更好地為移動(dòng)通信系統服務(wù)，更好地為人們的生活服務(wù)。

　　參考文獻

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　　試析無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)論文 篇2

　　摘要：

　　節點(diǎn)的定位問(wèn)題是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)作的感知、采集和處理監測區域內的事件信息所面臨的首要問(wèn)題，其位置信息的獲取直接影響無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在實(shí)際中的應用。該文結合無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用情況，從節點(diǎn)的定位原理，典型定位算法的具體定位方式和特點(diǎn)，目前定位算法在運用中所面臨的問(wèn)題與挑戰三個(gè)方面對節點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行了分析。

　　關(guān)鍵詞：

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；定位原理；定位算法

　　中圖分類(lèi)號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）19-0042-02

　　1.引言

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )WSN（Wireless Sensor Network）作為新興物聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)之一，是當前信息領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。目前，WSN被廣泛用于環(huán)境監測、目標識別與跟蹤，如在大型結構狀態(tài)監測、城市交通安全監測和智能家居等領(lǐng)域。然而，在監測區域很多時(shí)候不僅需要獲取監測的事件信息，更需要知道事件發(fā)生的具體位置，這就使得WSN中節點(diǎn)自身位置信息變得非常重要，換句話(huà)說(shuō)，節點(diǎn)的定位在很大程度上決定著(zhù)WSN的應用前景。本文從以下三個(gè)方面對定位技術(shù)進(jìn)行分析：WSN中網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)是如何進(jìn)行定位的，基于測距的定位算法和無(wú)需測距的定位算法分別通過(guò)什么方式進(jìn)行定位以及各自的特點(diǎn)，目前的定位算法所面臨的問(wèn)題與挑戰。

　　2.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)定位原理

　　基于網(wǎng)絡(luò )中傳感器節點(diǎn)位置信息的獲取狀態(tài)，在WSN的節點(diǎn)定位技術(shù)中節點(diǎn)主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)是信標節點(diǎn)，即錨節點(diǎn)，另一類(lèi)是未知節點(diǎn)。錨節點(diǎn)是已知自己的位置信息且位置固定，由人工部署或配有GPS等導航設備，成本比一般節點(diǎn)高，在定位過(guò)程中能量消耗也比較大，所以網(wǎng)絡(luò )中錨節點(diǎn)的數量較少。未知節點(diǎn)通常是隨機分布，不知道自身位置信息，需要進(jìn)行定位。WSN的定位技術(shù)是進(jìn)行其他眾多應用的基本前提，目前的定位方法通常包含兩個(gè)部分，一部分是測量節點(diǎn)之間的距離或者角度，另一部分是通過(guò)一定的計算方式，實(shí)現節點(diǎn)的定位。

　　WSN中的未知節點(diǎn)進(jìn)行第一部分操作其目的是為了獲得與錨節點(diǎn)之間的直線(xiàn)距離。未知節點(diǎn)通過(guò)測量與鄰近節點(diǎn)的距離或者角度來(lái)計算得到與鄰近錨節點(diǎn)的距離，進(jìn)而獲取到錨節點(diǎn)的直線(xiàn)距離。在未知節點(diǎn)獲得大于等于三個(gè)到達錨節點(diǎn)的直線(xiàn)距離后進(jìn)行第二部分的具體定位計算。定位計算通常采用三邊（角）測量法或極大似然估計法等方法進(jìn)行，但由于網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)間的距離測量會(huì )存在一定誤差，進(jìn)而導致節點(diǎn)的計算坐標與實(shí)際坐標之間產(chǎn)生差異，因此在實(shí)際應用中通常采用最大似然估計法進(jìn)行定位計算以此盡可能地減少差異。假設網(wǎng)絡(luò )中有n個(gè)已知位置信息的節點(diǎn)，其坐標和到未知節點(diǎn)M（x，y）的距離分別為（x1，y1）、（x2，y2）、…（xn，yn）， d1、d2、d3、…dn，則存在下列公式（1）：

　　3.典型的定位算法

　　根據WSN中節點(diǎn)定位過(guò)程是否需要測量節點(diǎn)間的距離將其分為兩類(lèi)，一類(lèi)是需要明確網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)之間的精確距離或角度，然后用三邊測量法或三角形關(guān)系定位的高成本、高定位精度的基于測距（Range-Based）的定位算法。另一類(lèi)是不需要額外的節點(diǎn)硬件支持，直接根據網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)間的'通信情況來(lái)記錄錨節點(diǎn)和其他節點(diǎn)間的跳數值，然后估算節點(diǎn)間的距離的定位算法，即基于無(wú)需測距（Range-Free）的定位算法。兩類(lèi)定位算法相比較，前者定位精度較高，但在實(shí)際運用中受硬件條件、成本和功耗等因素的限制，難以應用于功耗和成本較低的領(lǐng)域。后者對硬件條件沒(méi)有過(guò)高的要求，計算較簡(jiǎn)單，但由于定位精度不高，其適用范圍有一定的局限性。

　　3.1 基于測距的定位算法

　　基于測距的定位算法主要是依據網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)間的距離或者角度的測量來(lái)確定未知節點(diǎn)的位置信息，而節點(diǎn)間的距離或者角度測量需要通過(guò)一定的方式進(jìn)行，目前，在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中常用的測距方法有TOA，TDOA，AOA，RSSI等，各測距方法的特點(diǎn)如表1所示。

　　3.2 基于無(wú)需測距的定位算法

　　基于無(wú)需測距的定位算法主要是根據網(wǎng)絡(luò )的連通性來(lái)計算網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)與錨節點(diǎn)之間的距離，不需要測量節點(diǎn)之間的距離，典型的無(wú)需測距定位算法中有質(zhì)心定位算法[1]、凸規劃定位算法[2]、DV-Hop定位算法[3]等。

　　Nirupama Bulusu 等提出的質(zhì)心定位算法的基本原理是每間隔時(shí)間s，信標節點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)發(fā)送一個(gè)信標信號（包含信標節點(diǎn)編號及其位置信息），當未知節點(diǎn)獲得超過(guò)一定數量的不同信標信號時(shí)，信標節點(diǎn)所構成的多邊形質(zhì)心則為定位結果，該算法實(shí)現簡(jiǎn)單但對錨節點(diǎn)的依賴(lài)較大。針對質(zhì)心定位算法存在的不足，文獻[4]結合距離因素對算法進(jìn)行優(yōu)化，既不增加額外硬件設施又在一定程度上提升了算法的定位精度。文獻[5]在考慮接收信號強度的基礎上對算法的不足進(jìn)行了改進(jìn)，有效地避免了反演誤差，在提高算法精度的同時(shí)還降低了算法的復雜度和節點(diǎn)功耗。

　　Doherty等人提出的凸規劃定位算法的基本思想是將WSN中節點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò )通信連接作為一個(gè)凸集進(jìn)行處理，通過(guò)半定規劃或者線(xiàn)性規劃等方式對凸約束進(jìn)行優(yōu)化，從而完成節點(diǎn)的定位。這種算法的覆蓋面較低，為避免邊緣節點(diǎn)的估計位置向網(wǎng)絡(luò )中心偏移，錨節點(diǎn)需要在網(wǎng)絡(luò )邊緣進(jìn)行部署。結合傳統凸規劃定位算法的不足，文獻[6]在錨節點(diǎn)的通信范圍內通過(guò)引入最大內接圓來(lái)減少無(wú)效區域，在減少未知節點(diǎn)定位誤差的同時(shí)又降低了該算法的功耗與開(kāi)銷(xiāo)。

　　DV-Hop定位算法是由Dragos Niculescu等人提出，該算法主要基于距離矢量路由和GPS定位原理。這種算法不需要進(jìn)行實(shí)際距離的測量，也不需要其他的硬件條件支持，完全基于網(wǎng)絡(luò )的連通性，在算法的運行過(guò)程中網(wǎng)絡(luò )中所有節點(diǎn)在傳播信息的同時(shí)計算自己的位置，節點(diǎn)之間沒(méi)有地位之分。DV-Hop定位算法的執行過(guò)程簡(jiǎn)單，但其采用計算距離（節點(diǎn)間跳段數乘以平均每跳距離）代替實(shí)際距離，會(huì )導致計算坐標與實(shí)際坐標之間存在很大的誤差，定位精度較差。針對DV-Hop定位算法存在的定位誤差問(wèn)題，大量學(xué)者圍繞如何精確跳段數和網(wǎng)絡(luò )平均跳距這兩個(gè)值進(jìn)行了深入研究，如文獻[7-8]通過(guò)引入通信半徑進(jìn)一步精確記錄節點(diǎn)間的跳段數以此優(yōu)化節點(diǎn)間計算距離，從而縮小計算坐標與實(shí)際坐標的誤差，提高算法的定位準確度。

　　綜上所述，基于無(wú)需測距的定位算法更多的偏向于理論研究，主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連通度來(lái)進(jìn)行定位，但是定位精度較低，缺乏實(shí)用性，其性能比較如表2所示：

　　3.3 當前定位算法面臨的主要挑戰

　　WSN中節點(diǎn)的定位問(wèn)題是其運行的前提和基礎，目前，WSN的定位研究已取得較多成果，但在應用中仍面臨許多問(wèn)題與挑戰有待進(jìn)一步深入分析解決。

　�。�1）定位精度：受硬件條件影響，不同的測距或測角技術(shù)具有不同的誤差特征，由此帶來(lái)的測距誤差會(huì )影響定位精度。同時(shí)，在進(jìn)行定位計算過(guò)程中造成的誤差也會(huì )影響定位精度。

　�。�2）受能量限制：傳感器節點(diǎn)依靠電池供電，但由于節點(diǎn)的電池能量有限，且網(wǎng)絡(luò )要求自適應、自組織地運行，這使得節點(diǎn)的計算能力、內存、通信能力等都受到限制，要求節點(diǎn)間的通信和感知次數要盡可能的少，定位算法對節點(diǎn)的功耗要很小。因此，能量限制也是定位技術(shù)需要解決的問(wèn)題。

　�。�3）錨節點(diǎn)數目：錨節點(diǎn)的位置通常是人工布置或由其他定位系統確定。但是對于大規模網(wǎng)絡(luò )或某些人員不易接近的區域，人工布置不現實(shí)，所有節點(diǎn)通過(guò)定位系統確定也不實(shí)際，通常只有小部分節點(diǎn)為錨節點(diǎn)，稀疏的錨節點(diǎn)使得普通節點(diǎn)位置的確定面臨困難。

　�。�4）實(shí)用性差：基于無(wú)需測距的定位算法大多數集中在理論研究，且基本都是在仿真環(huán)境中實(shí)現，會(huì )假設許多不確定因素，但無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)通常會(huì )部署在戰場(chǎng)、無(wú)人區等復雜地理環(huán)境中，這些不確定因素在實(shí)際中難以滿(mǎn)足，導致算法失去了實(shí)用性。

　　4.結束語(yǔ)

　　節點(diǎn)定位技術(shù)在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用中至關(guān)重要，本文介紹了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)如何進(jìn)行定位，并在此基礎上比較分析了幾種典型的節點(diǎn)定位算法，同時(shí)指出現有定位算法存在的一些亟需解決的問(wèn)題。節點(diǎn)定位涉及定位精度、網(wǎng)絡(luò )規模、錨節點(diǎn)密度、網(wǎng)絡(luò )的容錯性和功耗以及成本等多個(gè)方面，如何平衡各個(gè)方面的關(guān)系對于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的定位問(wèn)題是需要深入分析研究的。

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