混合定位技术

编辑:离愁网互动百科 时间:2020-02-21 22:31:30
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由于移动通信基站定位存在着定位精度不高,稳定性较差等问题,而卫星定位也存在着首次定位耗时长,对接收机使用条件要求高等问题。为了加强系统的可靠性,人们考虑将两种定位技术结合起来,在技术上实现互补,产生了混合定位技术。混合定位采用GPS和基站定位双模结构,它是将终端中GPS系统接收定位卫星发来的定位数据和通过基站定位手段获得的移动目标定位数据,经过数据融合后产生地理位置坐标数据。比较常用的混合定位技术主要是A-GPS定位技术和GPS One定位技术。
中文名
混合定位技术
外文名
Hybrid positioning technology

混合定位技术A-GPS定位技术

A-GPS是一种结合了移动网络基站信息和GPS信息对移动终端进行定位的技术,通过移动网络的定位系统进行一些参数补偿,以缩短第一次定位时间和降低能耗。

混合定位技术A-GPS定位原理

A-GPS用固定位置的GPS接收机持续跟踪GPS卫星,将定位过程必需的辅助信息(如差分校正数据和卫星运行状态等)传送给移动目标。移动目标获得这些信息后,根据自身所处的近似位置和当前卫星状态,可以很快捕获到卫星信号。
其工作原理是:A-GPS方案中的移动设备通过网络将基站地址传输到位置服务器;然后服务器会将其注册基站的位置和该位置相关的GPS信息(包含GPS的星历和方位俯仰角等)返回给手机;手机接收到这些信息后,A-GPS模块根据GPS信息接收原始GPS信号;手机在接收到原始信号后对信号进行解析,同时计算手机到卫星的伪距,得出结果后将结果返回给服务器;服务器接收到数据后继续进行计算,完成GPS的信息处理,并给出手机的位置;最后通过网络将手机的位置发给应用平台或定位网关。
未采用辅助信息时,接收机首次捕获目标时间(TTFF)需要20~45s,采用辅助信息时,TTFF可降到1~8s。固定GPS接收机一般距离间隔为200~400km,形成一个辅助网络。移动目标与GPS辅助网络之间的定位辅助信息可以通过SMS业务流程传送。

混合定位技术A-GPS定位模式

A-GPS分为基于终端定位(Mobile Station Based,MSB)和终端辅助定位(Mobile Station Assisted,MSA)两种定位模式。在MSB模式下,定位服务器将电离层模型、参考时间、参考位置、UTC模型和卫星星历等辅助数据发送给终端,终端基于这些数据,利用自身的GPS接收机捕获GPS卫星信号,完成解扩、解算等步骤,最终得到位置信息并将位置信息回传给基站;在MSA模式下,定位服务器将参考时间和捕获帮助辅助数据传送给终端,终端依据这些信息捕获GPS卫星,测量伪距并将伪距信息发给定位服务器,由定位服务器解算出位置信息并回送给终端。A-GPS定位系统的主要分为3部分:定位服务器、接收机和移动终端。接收机不断接收实时的星历数据,保存在服务器;移动终端接收部分必要的星历数据,同时和服务器通信,获得GPS辅助信息;服务器控制整个定位流程,是系统的关键设备。

混合定位技术A-GPS定位流程

辅助接收机实时从卫星处获得参考数据(时钟、星历表、可用星座、参考位置等),通过网络提供给定位服务器。当移动终端需要定位数据时,定位服务器通过无线网络给终端提供A-GPS辅助数据,具体工作流程如下。
(1)移动终端首先将本身的基站地址通过网络传输到定位服务器。
(2)定位服务器根据该终端的大概位置传输与该位置相关的GPS辅助信息(GPS捕获辅助信息、GPS定位辅助信息、GPS灵敏度辅助信息、GPS卫星工作状况信息等)和移动终端位置计算的辅助信息(GPS历书以及修正数据、GPS星历、GPS导航电文等)。利用这些信息,终端的A-GPS模块可以很快捕获卫星信号,以提升对GPS信号的捕获能力,缩短对GPS信号的首次锁定时间(TTFF),并接收GPS原始信号。
(3)终端在接收到GPS原始信号后解调信号,计算终端到卫星的伪距。
(4)若采用移动终端辅助(MSA)的定位模式,终端将测量的GPS伪距信息通过网络传输到定位服务器,定位服务器根据传来的GPS伪距信息和来自其他定位设备(如差分GPS基准站等)的辅助信息完成对GPS信息的计算,并估算该终端的位置。
(5)若采用基于移动终端(MSB)的定位模式,终端根据测量的GPS伪距信息和网络传来的其他定位设备的辅助信息完成对GPS信息的计算,把估算的终端位置信息传给定位服务器。
(6)定位服务器将该终端的位置通过网络传输到应用平台。与此同时,接收机实时从卫星处获得参考数据(时钟、星历表、可用星座、参考位置等),通过网络提供给定位服务器。当移动终端需要定位数据时,定位服务器通过无线网络给终端提供A-GPS辅助数据,以增强其首次锁定时间(TTFF),从而大大提高A-GPS接收的灵敏度。

混合定位技术A-GPS定位技术的优势

A-GPS定位技术相对其他定位技术有很多优点。首先,它的精度是所有定位技术中最好的,而且响应时间适宜;另外,除了要求建立GPS辅助网络外,它无需对现有网络中的实体进行任何改动,便于在现有网络基础上部署应用。其优势有以下几个方面。
(1)减少首次锁定时间。通过服务器传送卫星的星历与时钟参数,接收机不用从卫星信号中收集与解码导航数据,数据率按通用分组无线业务(General Package Radio Service,GPRS)中的56 kbit/s计算,得到卫星数据的时间大幅度地减少,使得首次锁定时间(TTFF)远小于传统定位算法。
(2)减少捕获卫星信号的时间。由于接收机与卫星的相对运动,在频率上接收信号相对于原始信号产生了漂移,称为多普勒频移。在接收机锁住卫星信号前,必须对码相与多普勒频移进行搜索。通过提供卫星时钟参数和星历数据,能计算出精确的卫星位置和速度数据,进而计算出卫星信号的多普勒频移,减少了接收机的搜索频率点。如果能够提供精确的参考时间,性能将得到进一步改进,码相位搜索区域将会大大地减少,可以由1023个码片减少到10个码片左右。如果每个频率点和码相位点的搜索时间相同,就进一步减少了首次锁定时间。
(3)加强接收机敏感性。由于接收机搜索的频率点和码相位大幅度减少,在保证全部搜索时间不多于传统GPS接收机的情况下,在有效的搜索区域可以驻留更长的时间,能够对传统GPS接收机不能识别的弱信号进行测量。
(4)改善服务连续性。在卫星信号的捕获过程中,建筑物、植被或者其他的建筑或自然因素会遮挡住部分或者全部的卫星,使接收端无法连续获得卫星信号,因而得不到卫星的星历和时钟数据,不能实现定位。通过服务器提供的辅助数据能够解决这类问题,较好地实现定位。
(5)加快位置解算。服务器提供的辅助数据中含有近似位置和精确时间,能够较大地减少位置解算时间。

混合定位技术GPS One定位技术

由于GPS及A-GPS技术中需要移动目标实时跟踪4个以上的GPS卫星信号,而且还需要根据获得的位置信息完成当前位置的计算,这就造成了GPS终端体积较大、耗电较高的特点。GPS One技术是美国高通公司在GPS定位技术基础上,针对上述缺点进行优化,并融合了Cell ID、AFLT等蜂窝定位技术而形成的一项专利技术。GPS One定位技术结合了高级前向链路三角测量法和辅助全球卫星定位,把移动终端定位技术与网络定位技术结合起来,属于混合定位技术。
GPS One定位过程中,首先使用GPS定位确保定位精度、灵敏度和速度,接着在GPS卫星视野被部分或全部阻挡时使用CDMA AFLT技术定位,确保定位灵敏度。在上述定位手段均告失败时,使用起源蜂窝小区定位确保定位成功率。该定位技术避免了AFLT技术在基站稀少区域定位效果差的问题,克服了GPS技术室内定位效果不佳的缺点。定位精度、灵敏度较高,终端耗电低,首次定位启动时间短。
如果移动目标处于比较空旷的区域,其上空可见的卫星数量比较多时,可以完全依靠卫星的一些参数进行定位,而不用借助地面网络中基站的一些参数。如果可视卫星数量不低于4颗,则采用GPS定位方式。如果移动目标处于室内或其他复杂环境下,卫星完全不可见时,只能完全依靠基站对移动目标进行定位。根据可接收基站信号数目的多少,选择Cell ID或AFLT定位。
如果移动目标位于高楼林立的城市繁华地带或者室内的情况下,只有一两颗卫星可见,可以采取卫星和基站数据相结合的方式。
① 3颗卫星和两个基站。当只有3颗卫星可见,则引入基站导频相位测量辅助定位计算,但同时也引入了基站与移动目标间的时间误差,因此需要求解5个变量。
② 3颗卫星和1个基站。假设前反向链路传播时间相同,利用RTD方法,即记录移动目标发射时间和基站捕获时间就可以消除基站与移动目标之间的时间误差。
③ 两颗星和两个基站。利用RTD方法消除基站与移动目标问的时间误差。
GPS One技术可用来解决CDMA的全球定位。该技术由于其定位精度高、快速、灵敏度高等优点,具有很大的发展潜力,成为一股不容忽视的发展趋势。
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中国通信学会