第6章 定位技术

摘要无线定位服务是一种有着广阔市场前景的移动增值业务，基本原理是利用现有蜂窝网络，通过对各种位置特征参数，包括到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达方向(DOA)的测量和估计，来实现移动用户的定位。

本论文对无线通信网络中基于TDOA的无线定位技术进行了研究。

本文分析了国内外相关研究现状，给出了移动台定位的几种基本方法，并给出了TDOA定位的双曲线数学模型，分析了基于TDOA定位的Chan算法、遗传算法(GA)和差分演进算法(DE)，并对其进行了计算机仿真。

仿真结果表明，三种算法各有优缺点：Chan算法定位精度较低但运算速度很快，GA算法和DE算法定位精度高但收敛时间较长。

在上述研究的基础上，本论文提出了三种新的定位算法：基于TDOA的Chan-GA算法、Chan-DE算法和Chan-IDE算法。

并在相同的仿真环境下进行比较，仿真结果表明，在保证种群数量的情况下，所提的算法性能稳定，能找到逼近全局最优点的解，相对于Chan算法精度更高,相对于以前的算法在保证收敛性能的前提下有更快的收敛速度。

关键词：移动台定位；到达时间差；遗传算法；差分演进算法；免疫算法ABSTRACTCellular wireless location service is a new mobile value-added service with a good market future. Its basic principle is to implement mobile user location through estimating characteristic parameters relative to position, including time-of-arrival (TOA), time-difference-of-arrival (TDOA), direction-of-arrival (DOA), etc. This thesis aims at the research of wireless location technology based on time-related measurements in Wireless Communication System.The thesis analyzes the domestic and foreign correlation research of present situation, and gives several essential methods of mobile location. After that, the mathematical model of TDOA hyperbolic equations is established, three location algorithms based on time-difference-of-arrival (TDOA), Chan, genetic algorithm and Differential Evolution are analyzed, and have been carried on the simulation to them. The simulation results show that all the algorithms have the advantages and disadvantages.The Chan algorithm has bad location accuracy and very quick operating speed. To the contrary, the genetic algorithm and Differential Evolution have a high accuracy and a fast convergence time.Based on the above investigation, three new location algorithms called Chan-GA algorithm, Chan-DE algorithm and Chan-IDE algorithm based on TDOA measurements are put forward. Carrying on the computer simulation to them under the same environment, the simulation results show that if the population size is big enough, the algorithm is robust and can find the coordinates. It has a higher accuracy than Chan algorithms and a faster convergence time than genetic algorithm.Key words: Mobile location; TDOA; Genetic algorithm; Differential Evolution; Immune algorithm目录第1章绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2课题研究的目的和意义 (2)1.3国内外的研究现状 (4)1.4本文的主要工作 (5)第2章移动台定位的基本方法 (7)2.1移动台定位的两种方案 (7)2.1.1基于网络的定位 (7)2.1.2基于移动台的定位 (7)2.2移动台定位技术 (8)2.2.1基于场强测量的定位方法 (8)2.2.2基于传播时间测量的定位方法 (8)2.2.3基于信号到达角度测量的定位方法 (10)2.2.4混合定位方法 (10)2.3影响移动台定位精度的主要原因 (11)2.4本章小结 (12)第3章基于TDOA定位算法的分析及仿真 (13)3.1TDOA定位的数学模型 (13)3.1.1定位问题的最小二乘(LS)表示 (13)3.1.2TDOA双曲线模型 (14)3.2TDOA定位算法——Chan算法 (15)3.3定位准确率的评价指标 (20)3.4本章小结 (21)第4章遗传算法在TDOA定位中的应用 (22)4.1遗传算法简介 (22)4.1.1遗传算法的基本原理 (22)4.1.2遗传算法的特点 (23)4.1.3遗传算法的基本流程图和主要步骤 (24)4.1.4遗传算法的基本操作 (25)4.2遗传算法在TDOA定位中的实现 (27)4.2.1TDOA双曲线定位模型 (27)4.2.2改进的遗传算法的实现 (29)4.2.3Chan-GA算法的实现 (32)4.3计算机仿真 (32)4.4本章小结 (35)第5章差分演进算法在TDOA定位中的应用错误！未定义书签。

卫星定位导航原理知到章节测试答案智慧树2023年最新哈尔滨工业大学第一章测试1.北斗三代系统的组成是（）。

参考答案:24 MEO+3 GEO+3 IGSO2.下列不属于GPS的功能的是（）参考答案:短报文通信3.（）导航系统覆盖范围在2000km~3000km之间。

参考答案:远程导航系统4.对于GPS系统，地面观测者相同方位每天提前（）见到同一颗GPS卫星。

参考答案:4min5.北斗系统包含哪些部分（）。

参考答案:其余都是6.下图星座是（）参考答案:北斗7.导航系统的技术指标主要有（）。

参考答案:定位速率;系统可靠性;覆盖范围;定位精度8.下列属于GPS的功能的是（）参考答案:授时;测速;定位导航9.子午系统的地面控制部分包括（）。

参考答案:控制中心;注入站;跟踪站10.子午星系统有8颗卫星。

（）参考答案:错11.北斗二代系统是被动定位系统。

（）参考答案:对12.以下星座不可以达到全球全天候不间断覆盖的效果。

（）参考答案:错第二章测试1.开普勒方程是描述偏近点角和（）的关系。

参考答案:平近点角2.由于地球自转轴收到地球内部质量不均匀影响，地极点在地球表面上位置随时间而变化的现象称为（）。

参考答案:极移现象3.确定卫星在轨道上的顺势为之的开普勒轨道参数是（）。

参考答案:真近点角4.关于以下电文帧结构，说法不正确的是（）。

参考答案:该电文帧为北斗电文帧5.下式中，旋转哪个参量是使得轨道平面与赤道平面相重合（）。

参考答案:6.开普勒第三定律与（）有关。

参考答案:轨道长半轴;卫星运行周期7.以下关于GPS卫星导航电文的描述正确的是（）。

参考答案:基本单位长度为1500bit;一个主帧包括5个子帧8.星历信息中不包括（）参考答案:卫星时钟校正量;卫星识别号和健康状态;全部卫星的粗略星历9.协议天球坐标系需要扣除（）参考答案:章动现象;岁差现象10.协议地球坐标系最终要转化为协议天球坐标系。

（）参考答案:错11.如果考虑接收机钟差，4颗星即可定位。

物联网定位技术课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解物联网定位技术的基本概念，掌握定位技术的分类及其工作原理。

2. 学生能掌握常见的物联网定位技术，如GPS、Wi-Fi、蓝牙和地磁定位等，并了解各自的优势与局限。

3. 学生能了解物联网定位技术在现实生活中的应用场景，例如智能交通、智能家居和智慧城市等。

技能目标：1. 学生能够运用所学的物联网定位技术知识，分析并解决实际生活中的定位问题。

2. 学生能够通过小组合作，设计并实现一个简单的物联网定位应用，提高实际操作能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对物联网定位技术的兴趣，激发他们探索未知、追求创新的热情。

2. 增强学生的团队协作意识，培养他们在合作中共同解决问题、共同进步的能力。

3. 培养学生关注社会发展，认识到物联网定位技术对社会进步的积极作用，树立正确的科技价值观。

课程性质：本课程属于信息技术学科，旨在让学生了解和掌握物联网定位技术的基本知识和应用，提高他们的实际操作能力。

学生特点：考虑到学生所在年级的特点，本课程注重理论与实践相结合，以激发学生的兴趣和探究欲望。

教学要求：教师应注重启发式教学，引导学生主动参与课堂讨论，培养学生的动手操作能力和团队协作能力。

同时，注重对学生的学习成果进行评估，确保课程目标的达成。

二、教学内容1. 物联网定位技术概述- 物联网与定位技术的关系- 定位技术的分类与发展趋势2. 常见物联网定位技术原理与特点- GPS定位技术：原理、优势与局限- Wi-Fi定位技术：原理、定位算法与应用场景- 蓝牙定位技术：原理、分类及在实际应用中的优势- 地磁定位技术：原理、特点及在室内定位中的应用3. 物联网定位技术在现实生活中的应用案例- 智能交通：如车辆定位与导航系统- 智能家居：如室内人员定位与智能家居设备控制- 智慧城市：如城市基础设施监控与紧急救援系统4. 实践操作与项目设计- 小组合作设计并实现一个简单的物联网定位应用- 分析并解决实际生活中的定位问题- 评估与优化定位应用的性能教学大纲安排：第一课时：物联网定位技术概述，了解定位技术分类及发展趋势第二课时：GPS定位技术原理、优势与局限第三课时：Wi-Fi定位技术原理、定位算法与应用场景第四课时：蓝牙定位技术原理、分类及在实际应用中的优势第五课时：地磁定位技术原理、特点及在室内定位中的应用第六课时：物联网定位技术在现实生活中的应用案例第七课时：实践操作与项目设计，小组合作完成项目任务第八课时：项目展示与评价，总结课程学习成果教学内容关联教材章节：本教学内容与教材中关于物联网定位技术的相关章节紧密关联，涵盖定位技术的基本概念、原理、应用及实践操作等方面。

◆GPS的概念:GPS是NAVSTAR/GPS的简称，全名应为Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System，即“授时与测距导航系统/全球定位系统”。

*GPS是以卫星为基础的无线电导航定位系统。

采用空间的后方交会法，既距离交会法第一章绪论◆美国政府的GPS政策 SPS PPS SA AS标准定位服务SPS：包括定位服务和定时服务,这一服务是全天候,全球性的。

对一切用户开放，不直接向用户收费。

精密定位服务PPS：由国防部DOD控制，连续在全球范围内提供定位定时和测速服务，服务对象限于美军以及国防部DOD有专门协定的盟军。

未经批准的民用部门不得使用。

SA政策（1）在卫星的广播星历中人为地加入误差，以降低卫星星历的精度，即ε技术。

（降低已知点的坐标精度）2）有意识地使卫星钟频产生一种快速的抖动。

产生的效果相当于降低了钟的稳定度，从而影响导航定位精度，这就是δ技术。

AS政策AS政策是美国国防部为防止敌对方对GPS卫星信号进行电子欺骗和电子干扰而采取的一种措施。

具体做法是在P码上加上严格保密的W码，使其模二相加产生完全保密的Y码。

（1994年1月31日起实施）。

是一种防卫性的措施。

一般采用Z跟踪技术就仍然能利用P码进行测距。

◆子午卫星系统及其局限性：由6颗卫星组成，卫星轨道高度为1075km，轨道倾角约900，周期为107min。

精度：绝对定位1m，相对定位0.1~0.5m，定位原理:多普勒定位技术。

优点：全天候；全球覆盖；自动定位；定位精度较高。

缺点：（1）卫星数少（6颗），不能实现连续实时导航定位；卫星运行高度低，难以实现精密定位；（3）观测时间长。

◆GLONASS全球导航卫星系统前苏联——俄罗斯。

采用距离交会法。

由24颗卫星组成（21颗工作，3颗在轨备用）；分布在三个轨道倾角为64.8°的轨道平面上。

每个轨道上8颗卫星。