試析無線定位技術(shù)論文

試析無線定位技術(shù)論文

　　無線定位技術(shù)利用無線通信技術(shù)接收無線電磁波，并運(yùn)用相應(yīng)的算法計(jì)算接收到的信息，從而測量目標(biāo)位置，以此實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的精準(zhǔn)定位。以下是小編為您整理的試析無線定位技術(shù)，希望能提供幫助。

　　試析無線定位技術(shù)論文 篇1

　　摘要：

　　借助無線定位技術(shù)，人們可隨時(shí)查詢各類信息、位置。主要對移動(dòng)通信系統(tǒng)中的無線定位技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了分析和討論，以期促進(jìn)無線定位技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：

　　無線定位技術(shù)；移動(dòng)通信系統(tǒng)；AOA定位法；TDOA定位法

　　隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信系統(tǒng)中的無線定位技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注和重視，也成為了移動(dòng)運(yùn)營商們經(jīng)營的項(xiàng)目。因此，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用好無線定位技術(shù)，并解決實(shí)際應(yīng)用過程中的問題，彌補(bǔ)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.無線定位技術(shù)

　　無線定位技術(shù)利用無線通信技術(shù)接收無線電磁波，并運(yùn)用相應(yīng)的算法計(jì)算接收到的信息，從而測量目標(biāo)位置，以此實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的精準(zhǔn)定位。測量方法決定了測量精度，因此，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，測量方法是相當(dāng)重要的技術(shù)手段之一。隨著無線定位測量方法的改進(jìn)和完善，越來越多的無線定位方法不斷出現(xiàn)，使無線定位的準(zhǔn)確度逐漸提高。

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

　　2.無線定位技術(shù)的應(yīng)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(jī)與接收機(jī)間電磁波的傳播時(shí)間，從而計(jì)算兩者距離的方法。該方法通過多個(gè)基站獲取距離信息，并畫圓，多個(gè)圓的交點(diǎn)即目標(biāo)的可能位置。TDOA定位法是指利用信號傳輸?shù)臅r(shí)間差來計(jì)算目標(biāo)位置的方式，通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)理論、1個(gè)TDOA對應(yīng)目標(biāo)發(fā)送信號到2個(gè)基站的時(shí)間差，可得到目標(biāo)軌跡是以2個(gè)基站為焦點(diǎn)的1對雙曲線，并通過計(jì)算多個(gè)TDOA值，對應(yīng)的多條雙曲線的交點(diǎn)即目標(biāo)的可能位置。

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

　　2.2具體應(yīng)用

　　2.2.1在移動(dòng)電話盜打中的'應(yīng)用

　　移動(dòng)電話盜打是指用戶的電話卡被不法分子復(fù)制，并惡意盜打，使用戶在不知情的情況下產(chǎn)生了高額的話費(fèi)。當(dāng)出現(xiàn)該情況時(shí)，用戶會質(zhì)疑通信公司在亂扣費(fèi)，甚至懷疑通信公司的內(nèi)部人員在盜打用戶電話，這嚴(yán)重影響了通信公司與用戶的關(guān)系。而利用無線定位技術(shù)可定位盜打人員的位置，從而為公安機(jī)關(guān)提供破案線索，抑制電話盜打現(xiàn)象的發(fā)生。

　　2.2.2在移動(dòng)黃頁中的應(yīng)用

　　通過無線定位技術(shù)，移動(dòng)黃頁可迅速定位用戶位置，從而根據(jù)用戶位置篩選出相應(yīng)的信息供用戶查詢。在此情況下，不僅可以滿足用戶快速查詢相關(guān)信息的需求，還能進(jìn)一步擴(kuò)大移動(dòng)業(yè)務(wù)的范圍，從而為移動(dòng)通信行業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

　　2.2.3在緊急救援中的應(yīng)用

　　將無線定位技術(shù)應(yīng)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(bào)警時(shí)都需要向警方提供詳細(xì)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(bào)警人因精神過度緊張、時(shí)間緊迫或?qū)λ�處環(huán)境不熟悉等，無法向警方提供自身的具體位置。此時(shí)，通過用戶電話內(nèi)置的位置服務(wù)功能，警方能快速確定用戶的位置，從而在第一時(shí)間開展救援工作。

　　2.2.4在智能交通系統(tǒng)和車輛導(dǎo)航中的應(yīng)用

　　在智能交通系統(tǒng)中，需要定位大量車輛的位置。以往，使用AVL系統(tǒng)定位車輛的位

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

　　3.結(jié)束語

　　隨著我國社會經(jīng)濟(jì)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(yùn)營商應(yīng)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。本文闡述了無線定位技術(shù)的概念，并詳細(xì)介紹了無線定位技術(shù)的計(jì)算方法及其在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，以期消除定位誤差，不斷改進(jìn)和完善無線定位技術(shù)，使之能更好地為移動(dòng)通信系統(tǒng)服務(wù)，更好地為人們的生活服務(wù)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]李孟霖,劉洋.移動(dòng)通信的無線定位技術(shù)探析[J].黑龍江科技信息,2015(06).

　　[2]邢茂柱.McLTE無線通信技術(shù)及其在應(yīng)急通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2015(04).

　　[3]倪連柱.移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)未知干擾源分析定位方法[D].北京:北京郵電大學(xué),2015.

　　試析無線定位技術(shù)論文 篇2

　　摘要：

　　節(jié)點(diǎn)的定位問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作的感知、采集和處理監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的事件信息所面臨的首要問題，其位置信息的獲取直接影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際中的應(yīng)用。該文結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況，從節(jié)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(yùn)用中所面臨的問題與挑戰(zhàn)三個(gè)方面對節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行了分析。

　　關(guān)鍵詞：

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；定位原理；定位算法

　　中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）19-0042-02

　　1.引言

　　無線傳感器網(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(dāng)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(jiān)測、目標(biāo)識別與跟蹤，如在大型結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測、城市交通安全監(jiān)測和智能家居等領(lǐng)域。然而，在監(jiān)測區(qū)域很多時(shí)候不僅需要獲取監(jiān)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(jié)點(diǎn)自身位置信息變得非常重要，換句話說，節(jié)點(diǎn)的定位在很大程度上決定著WSN的應(yīng)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(jié)點(diǎn)是如何進(jìn)行定位的，基于測距的定位算法和無需測距的定位算法分別通過什么方式進(jìn)行定位以及各自的特點(diǎn)，目前的定位算法所面臨的問題與挑戰(zhàn)。

　　2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位原理

　　基于網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)位置信息的獲取狀態(tài)，在WSN的節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)中節(jié)點(diǎn)主要分為兩類，一類是信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，即錨節(jié)點(diǎn)，另一類是未知節(jié)點(diǎn)。錨節(jié)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(dǎo)航設(shè)備，成本比一般節(jié)點(diǎn)高，在定位過程中能量消耗也比較大，所以網(wǎng)絡(luò)中錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)量較少。未知節(jié)點(diǎn)通常是隨機(jī)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(yīng)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(jié)點(diǎn)之間的距離或者角度，另一部分是通過一定的計(jì)算方式，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的定位。

　　WSN中的未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行第一部分操作其目的是為了獲得與錨節(jié)點(diǎn)之間的直線距離。未知節(jié)點(diǎn)通過測量與鄰近節(jié)點(diǎn)的距離或者角度來計(jì)算得到與鄰近錨節(jié)點(diǎn)的距離，進(jìn)而獲取到錨節(jié)點(diǎn)的直線距離。在未知節(jié)點(diǎn)獲得大于等于三個(gè)到達(dá)錨節(jié)點(diǎn)的直線距離后進(jìn)行第二部分的具體定位計(jì)算。定位計(jì)算通常采用三邊（角）測量法或極大似然估計(jì)法等方法進(jìn)行，但由于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的距離測量會存在一定誤差，進(jìn)而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的計(jì)算坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)之間產(chǎn)生差異，因此在實(shí)際應(yīng)用中通常采用最大似然估計(jì)法進(jìn)行定位計(jì)算以此盡可能地減少差異。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有n個(gè)已知位置信息的節(jié)點(diǎn)，其坐標(biāo)和到未知節(jié)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(jù)WSN中節(jié)點(diǎn)定位過程是否需要測量節(jié)點(diǎn)間的距離將其分為兩類，一類是需要明確網(wǎng)絡(luò)中節(jié)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。另一類是不需要額外的節(jié)點(diǎn)硬件支持，直接根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間的'通信情況來記錄錨節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)值，然后估算節(jié)點(diǎn)間的距離的定位算法，即基于無需測距（Range-Free）的定位算法。兩類定位算法相比較，前者定位精度較高，但在實(shí)際運(yùn)用中受硬件條件、成本和功耗等因素的限制，難以應(yīng)用于功耗和成本較低的領(lǐng)域。后者對硬件條件沒有過高的要求，計(jì)算較簡單，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(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的距離或者角度的測量來確定未知節(jié)點(diǎn)的位置信息，而節(jié)點(diǎn)間的距離或者角度測量需要通過一定的方式進(jìn)行，目前，在無線傳感器網(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 基于無需測距的定位算法

　　基于無需測距的定位算法主要是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性來計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的距離，不需要測量節(jié)點(diǎn)之間的距離，典型的無需測距定位算法中有質(zhì)心定位算法[1]、凸規(guī)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(biāo)節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)信標(biāo)信號（包含信標(biāo)節(jié)點(diǎn)編號及其位置信息），當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)獲得超過一定數(shù)量的不同信標(biāo)信號時(shí)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的多邊形質(zhì)心則為定位結(jié)果，該算法實(shí)現(xiàn)簡單但對錨節(jié)點(diǎn)的依賴較大。針對質(zhì)心定位算法存在的不足，文獻(xiàn)[4]結(jié)合距離因素對算法進(jìn)行優(yōu)化，既不增加額外硬件設(shè)施又在一定程度上提升了算法的定位精度。文獻(xiàn)[5]在考慮接收信號強(qiáng)度的基礎(chǔ)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(fù)雜度和節(jié)點(diǎn)功耗。

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

　　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(yùn)行過程中網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)在傳播信息的同時(shí)計(jì)算自己的位置，節(jié)點(diǎn)之間沒有地位之分。DV-Hop定位算法的執(zhí)行過程簡單，但其采用計(jì)算距離（節(jié)點(diǎn)間跳段數(shù)乘以平均每跳距離）代替實(shí)際距離，會導(dǎo)致計(jì)算坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)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題，大量學(xué)者圍繞如何精確跳段數(shù)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(xiàn)[7-8]通過引入通信半徑進(jìn)一步精確記錄節(jié)點(diǎn)間的跳段數(shù)以此優(yōu)化節(jié)點(diǎn)間計(jì)算距離，從而縮小計(jì)算坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)的誤差，提高算法的定位準(zhǔn)確度。

　　綜上所述，基于無需測距的定位算法更多的偏向于理論研究，主要是通過網(wǎng)絡(luò)連通度來進(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(dāng)前定位算法面臨的主要挑戰(zhàn)

　　WSN中節(jié)點(diǎn)的定位問題是其運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)，目前，WSN的定位研究已取得較多成果，但在應(yīng)用中仍面臨許多問題與挑戰(zhàn)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，由此帶來的測距誤差會影響定位精度。同時(shí)，在進(jìn)行定位計(jì)算過程中造成的誤差也會影響定位精度。

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

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

　　（4）實(shí)用性差：基于無需測距的定位算法大多數(shù)集中在理論研究，且基本都是在仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，會假設(shè)許多不確定因素，但無線傳感器節(jié)點(diǎn)通常會部署在戰(zhàn)場、無人區(qū)等復(fù)雜地理環(huán)境中，這些不確定因素在實(shí)際中難以滿足，導(dǎo)致算法失去了實(shí)用性。

　　4.結(jié)束語

　　節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中至關(guān)重要，本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)如何進(jìn)行定位，并在此基礎(chǔ)上比較分析了幾種典型的節(jié)點(diǎn)定位算法，同時(shí)指出現(xiàn)有定位算法存在的一些亟需解決的問題。節(jié)點(diǎn)定位涉及定位精度、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、錨節(jié)點(diǎn)密度、網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)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)系對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位問題是需要深入分析研究的。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] Bulusu N, Heidemann J, Estrin D. GPS-less Low-cost Outdoor Localization for Very Small Devices[J]. IEEE Personal Communications, 2000, 7(5): 28-34.

　　[2] Doherty L,Pister KSJ,Ghaoui LE. Convex position estimation in wireless sensor networks[C]//Proc. of the IEEE INFOCOM 2001.Anchorage:IEEE Computer and Communications Societies,2001:1655-1663.

　　[3] Niculescu D,Nath B. DV based positioning in ad hoc networks[J]. Journal of Telecommunication Systems,2003,22(1/4):267-280.

　　[4] 何艷麗.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)質(zhì)心定位算法研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2011,28( 5) : 163-166.

　　[5] 李文辰,張雷.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加權(quán)質(zhì)心定位算法研究[J].計(jì)算機(jī)仿真.2013,30(2):191-194.

　　[6] 向滿天,羅嗣力,戴美思.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種改進(jìn)的凸規(guī)劃定位算法[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2014,27(8):1138-1142.

　　[7] 李娟,劉禹,錢志鴻. 于雙通信半徑的傳感器網(wǎng)DV-Hop定位算法[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2014,44(2):502-507.

　　[8] 劉士興,黃俊杰,劉宏銀.基于多通信半徑的加權(quán)DV-Hop定位算法[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2015,28(6):883-887.

【試析無線定位技術(shù)論文】相關(guān)文章：

試析法律原則的定位11-20

無線通信對射頻技術(shù)的應(yīng)用論文03-17

無線通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用論文12-01

軟件無線電技術(shù)雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用論文03-15

探討礦井下無線通信技術(shù)的應(yīng)用論文03-16

無線電液控制技術(shù)論文參考文獻(xiàn)11-15

關(guān)于短距離無線通信技術(shù)的應(yīng)用論文12-03

無線電能傳輸技術(shù)綜述及應(yīng)用前景論文03-15

5G無線通信技術(shù)概念與應(yīng)用論文05-24

5G無線通信技術(shù)概念及應(yīng)用論文03-15