ＧＰＳ輔助定位技術(shù)的現(xiàn)狀與比較

苗　斌

【摘要】 GPS設(shè)備在我國(guó)應(yīng)用廣泛、發(fā)展迅速。但是GPS設(shè)備由于其本身的技術(shù)所限，仍然存在諸多缺陷。因此，產(chǎn)生了GPS輔助定位技術(shù)。本文將就應(yīng)用較廣的輔助定位技術(shù)進(jìn)行介紹和比較。

【關(guān)鍵詞】 GPS；輔助定位；比較

GPS定位器在導(dǎo)航、定位和測(cè)速等方面都具有非常廣泛的應(yīng)用前景，也越來(lái)越廣泛的被用戶所接受。但是，由于GPS技術(shù)本身的缺陷，GPS設(shè)備也存在其自身所不能克服的缺陷。

為了彌補(bǔ)GPS定位器的不足，目前主要采取以下幾種輔助定位方式：

一、利用無(wú)線電波信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行定位

此類方法是通過(guò)檢測(cè)位于已知位置的基站和移動(dòng)臺(tái)之間傳播的無(wú)線電波信號(hào)的特征參數(shù)，來(lái)確定移動(dòng)臺(tái)的距離或者方向或者全部。

目前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)都是蜂窩網(wǎng)絡(luò)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)常用的移動(dòng)臺(tái)定位方法主要分為基于方向的定位和基于距離的定位。

1．基于方向（AOA）的定位技術(shù)

AOA定位技術(shù)一般利用由兩個(gè)或更多基站通過(guò)測(cè)量接收信號(hào)的的到達(dá)方向來(lái)估計(jì)MS的位置，AOA定位方法可惟一確定一個(gè)二維定位點(diǎn)。MS發(fā)，BS1收，測(cè)量可得一條BS1到MS連線；同理可測(cè)量得到另一直線，兩直線相交產(chǎn)生定位角。其中，基站利用接收機(jī)天線陣列測(cè)出移動(dòng)臺(tái)發(fā)射電波的入射角，即信號(hào)的方向，構(gòu)成基站到移動(dòng)臺(tái)的徑向連線，即方位線。測(cè)量信號(hào)到達(dá)角的定位方法多用于宏小區(qū)，或者與其他定位技術(shù)混合使用來(lái)提高定位精度。

2．基于距離的定位技術(shù)

移動(dòng)臺(tái)和基站之間距離的估計(jì)可以通過(guò)接收信號(hào)的強(qiáng)度、到達(dá)時(shí)間、到達(dá)時(shí)間差和信號(hào)的相位來(lái)獲得。估計(jì)確定移動(dòng)臺(tái)在二維空間的位置需要3次測(cè)量，確定移動(dòng)臺(tái)在三維空間的位置需要4次測(cè)量。基于距離的定位技術(shù)包括起源蜂窩小區(qū)技術(shù)、基于時(shí)間或時(shí)間差的定位法、場(chǎng)強(qiáng)定位法、相位法和信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)法。

二、利用移動(dòng)臺(tái)接收的GPS導(dǎo)航電文進(jìn)行定位

目前在國(guó)內(nèi)運(yùn)用的移動(dòng)臺(tái)定位技術(shù)主要有三種，純粹的GPS定位技術(shù)、A-GPS技術(shù)和GPSOne定位技術(shù)。

1．基于終端的GPS定位技術(shù)

基于終端的GPS定位技術(shù)主要是利用移動(dòng)臺(tái)上的GPS接收機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)GPS定位。定位方式是移動(dòng)臺(tái)需要接收4個(gè)以上的GPS衛(wèi)星信號(hào)，并且解調(diào)衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，隨后，移動(dòng)臺(tái)利用信號(hào)時(shí)延得出到各個(gè)衛(wèi)星的偽距，利用這些信息就可以計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)的精確位置。

基于終端的GPS定位技術(shù)的定位精度一般在幾米到十幾米，可以滿足高端用戶高精度定位的要求。但是受終端所在環(huán)境影響較大，如當(dāng)用戶在室內(nèi)或在高大建筑物之間時(shí)，由于可見(jiàn)的GPS衛(wèi)星數(shù)量較少，定位精度將會(huì)大大降低，甚至無(wú)法完成定位。

2．網(wǎng)絡(luò)輔助GPS的定位技術(shù)（A-GPS）

A-GPS技術(shù)，又稱為輔助GPS（Assistant GPS）定位技術(shù)，是一種結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)基站信息和GPS信息對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行定位的技術(shù)。它的基本原理是：網(wǎng)絡(luò)向移動(dòng)臺(tái)提供輔助GPS信息，包括GPS偽距測(cè)量的輔助信息和移動(dòng)臺(tái)位置計(jì)算的輔助信息。利用這些信息，移動(dòng)臺(tái)可以很快捕捉衛(wèi)星并接收到測(cè)量信息，由此計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前所處的位置或交后臺(tái)定位中心計(jì)算位置。

A-GPS解決方案的優(yōu)勢(shì)主要在其定位精度上。在室外等空曠地區(qū)，其精度在正常的GPS工作環(huán)境下，可達(dá)10米左右，堪稱目前定位精度最高的一種定位技術(shù)。該技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)為：首次捕獲GPS信號(hào)的時(shí)間一般僅需幾秒，不像GPS的首次捕獲時(shí)間可能要2～3分鐘。

3．GPSOne定位技術(shù)

GPSOne是一種應(yīng)用和改善GPS技術(shù)的方案。GPSOne移動(dòng)定位技術(shù)，結(jié)合了GPS衛(wèi)星信號(hào)和CDMA網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行混合定位。在終端能夠接收到GPS衛(wèi)星信號(hào)時(shí)采用GPS定位方式，當(dāng)終端在室內(nèi)或者接受衛(wèi)星信號(hào)不好的環(huán)境時(shí)采用CDMA基站接收的輔助GPS衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)輔助定位，滿足室內(nèi)室外的全覆蓋定位。

GPSOne采用了GPSOne技術(shù)的移動(dòng)平臺(tái)，同時(shí)從GPS衛(wèi)星和蜂窩/PCS網(wǎng)絡(luò)收集測(cè)量數(shù)據(jù)，然后通過(guò)組合這些數(shù)據(jù)生成精確的三維定位。在GPS衛(wèi)星信號(hào)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)都無(wú)法單獨(dú)完成定位的情形下，GPSOne系統(tǒng)會(huì)組合這兩種信息源，只要有一顆衛(wèi)星和一個(gè)小區(qū)站點(diǎn)就可以完成定位，解決了傳統(tǒng)方案無(wú)法解決的問(wèn)題。

三、主要輔助定位方式的比較與分析

1．基于基站的移動(dòng)臺(tái)定位技術(shù)

從定位精度上而言，基于基站的移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)最差，但考慮到目前我國(guó)GSM網(wǎng)絡(luò)基站密度較高，所以基于基站的移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)的精度在大部分城區(qū)可以達(dá)到100米至150米左右，對(duì)部分商業(yè)定位應(yīng)用來(lái)說(shuō)是足夠了。

對(duì)于基于基站的移動(dòng)臺(tái)定位技術(shù)，目前最重要的技術(shù)問(wèn)題是GIS(地理信息系統(tǒng))的建立，因?yàn)閷?duì)于一般用戶，他們關(guān)心的是定位系統(tǒng)能給自己帶來(lái)那些生活、學(xué)習(xí)、工作中的便捷，完全是處在使用者的角度來(lái)看待這一事物。所以，從性價(jià)比方面而言，基于基站的移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上基本不需要增加額外的投入就可比較滿意的達(dá)到定位的效果。

2．A-GPS技術(shù)

A-GPS解決方案的優(yōu)勢(shì)主要在其定位精度上。在室外等空曠地區(qū)，其精度在正常的GPS工作環(huán)境下，可達(dá)10米左右，堪稱目前定位精度最高的一種定位技術(shù)。該技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)為：首次捕獲GPS信號(hào)的時(shí)間一般僅需幾秒，不像GPS的首次捕獲時(shí)間可能要2～3分鐘。

雖然A-GPS技術(shù)的定位精度很高、首次捕獲GPS信號(hào)時(shí)間短，但是該技術(shù)也存在著一些缺點(diǎn)。首先，室內(nèi)定位的問(wèn)題目前仍然無(wú)法圓滿解決。另外，A-GPS的定位實(shí)現(xiàn)必須通過(guò)多次網(wǎng)絡(luò)傳輸，最多可達(dá)6次單向傳輸，這對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是被認(rèn)為大量的占用了空中資源。A-GPS最主要的問(wèn)題是用戶對(duì)于使用移動(dòng)定位業(yè)務(wù)必須更換手機(jī)難以接受。而且A-GPS手機(jī)比一般手機(jī)在耗電上有一定的額外負(fù)擔(dān)，間接減短了手機(jī)的待機(jī)時(shí)間。除此之外，就是使用有效性問(wèn)題。由于GPS系統(tǒng)受美國(guó)政府擁有和控制，在非常時(shí)期（如發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)等），民用GPS服務(wù)可能會(huì)受到影響，A-GPS的定位業(yè)務(wù)更難以正常運(yùn)作了。

3．GPSOne技術(shù)

目前GPSOne的定位精度達(dá)到了5～50米，完全可以使用戶知道他們的確切位置，并可以同時(shí)上傳和下傳定位地點(diǎn)的數(shù)據(jù)，無(wú)須另外的通信通道，利用無(wú)線運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)和位置服務(wù)商的GIS，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)應(yīng)用。

GPSOne 定位技術(shù)是在改進(jìn)GPS 定位技術(shù)的不足之處而推出來(lái)的系統(tǒng)，比之單純的GPS定位技術(shù)具有如下特點(diǎn)：精度高，在較好的條件下，定位精度能達(dá)到5～50米；定位時(shí)間短，完成一次定位只需幾秒到幾十秒時(shí)間；適用范圍廣，無(wú)論在視野開(kāi)闊的野外還是高樓林立的市中心，還是室內(nèi)，以及許多其他傳統(tǒng)定位方式無(wú)法正常工作的環(huán)境下都能成功地實(shí)現(xiàn)定位；終端集成度好：定位功能集成在CDMA 核心芯片中，支持GPSOne 定位技術(shù)的手機(jī)或終端，與普通CDMA手機(jī)在尺寸、耗電及成本方面均無(wú)大的差別。

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