試析無線定位技術論文
無線定位技術利用無線通信技術接收無線電磁波，并運用相應的算法計算接收到的信息，從而測量目標位置，以此實現對目標的精準定位。以下是小編為您整理的試析無線定位技術，希望能提供幫助。
試析無線定位技術論文 篇1
摘要：
借助無線定位技術，人們可隨時查詢各類信息、位置。主要對移動通信系統中的無線定位技術及其應用進行了分析和討論，以期促進無線定位技術的進一步發展。
關鍵詞：
無線定位技術；移動通信系統；AOA定位法；TDOA定位法
隨著移動通信技術的發展，移動通信系統中的無線定位技術越來越受到人們的關注和重視，也成為了移動運營商們經營的項目。因此，在移動通信系統中應用好無線定位技術，并解決實際應用過程中的問題，彌補其中的缺陷，是更好地推動我國移動通信技術發展的前提。
1.無線定位技術
無線定位技術利用無線通信技術接收無線電磁波，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，在移動通信系統中，測量方法是相當重要的技術手段之一。隨著無線定位測量方法的改進和完善，越來越多的無線定位方法不斷出現，使無線定位的準確度逐漸提高。
在當前的移動通信系統中，主要包括GPS定位法、TOA定位法、TDOA定位法、AOA定位法和場強定位法等定位技術。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.無線定位技術的應用
2.1算法
TOA定位法是利用已知電磁波的傳播速度，并測試出發射機與接收機間電磁波的傳播時間，從而計算兩者距離的方法。該方法通過多個基站獲取距離信息，并畫圓，多個圓的交點即目標的可能位置。TDOA定位法是指利用信號傳輸的時間差來計算目標位置的方式，通過相應的數學理論、1個TDOA對應目標發送信號到2個基站的時間差，可得到目標軌跡是以2個基站為焦點的1對雙曲線，并通過計算多個TDOA值，對應的多條雙曲線的交點即目標的可能位置。
AOA定位法是指利用目標與基站的角度關系確定位置的方法，基站的接收天線陣列可測量目標發射電磁波的到達角度，從而得出目標和基站的方位線，多個方位線的交點即目標的可能位置。
2.2具體應用
2.2.1在移動電話盜打中的應用
移動電話盜打是指用戶的電話卡被不法分子復制，并惡意盜打，使用戶在不知情的情況下產生了高額的話費。當出現該情況時，用戶會質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電話，這嚴重影響了通信公司與用戶的關系。而利用無線定位技術可定位盜打人員的位置，從而為公安機關提供破案線索，抑制電話盜打現象的發生。
2.2.2在移動黃頁中的應用
通過無線定位技術，移動黃頁可迅速定位用戶位置，從而根據用戶位置篩選出相應的信息供用戶查詢。在此情況下，不僅可以滿足用戶快速查詢相關信息的需求，還能進一步擴大移動業務的范圍，從而為移動通信行業創造了可觀的經濟效益。
2.2.3在緊急救援中的應用
將無線定位技術應用到緊急救援中是移動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，時間是第一要素。通常情況下，人們在報警時都需要向警方提供詳細的位置，以便警方快速實施救援。
然而，在一些特殊情況下，報警人因精神過度緊張、時間緊迫或對所處環境不熟悉等，無法向警方提供自身的具體位置。此時，通過用戶電話內置的位置服務功能，警方能快速確定用戶的位置，從而在第一時間開展救援工作。
2.2.4在智能交通系統和車輛導航中的應用
在智能交通系統中，需要定位大量車輛的位置。以往，使用AVL系統定位車輛的位
置。然而，AVL系統需要大量的硬件投資，且會占用寶貴的頻帶資源。而移動通信系統中的位置服務功能可有效解決上述問題。具體而言，在需要導航和跟蹤的汽車上安裝移動車載臺，通過通信基站和車載臺，車輛的位置信息會實時傳輸至交通管理調度中心，從而使交通管理調度中心與車輛建立起協調的導航管理。
3.結束語
隨著我國社會經濟的發展，人們的生活水平在不斷提高，其在生活品質上也有了更高的要求。各大移動運營商應緊跟時代發展的步伐，不斷更新、改造舊的產品，并不斷研發新產品，從而吸引用戶。本文闡述了無線定位技術的概念，并詳細介紹了無線定位技術的計算方法及其在移動通信系統中的應用，以期消除定位誤差，不斷改進和完善無線定位技術，使之能更好地為移動通信系統服務，更好地為人們的生活服務。
參考文獻
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試析無線定位技術論文 篇2
摘要：
節點的定位問題是無線傳感器網絡協作的感知、采集和處理監測區域內的事件信息所面臨的首要問題，其位置信息的獲取直接影響無線傳感器網絡在實際中的應用。該文結合無線傳感器網絡的應用情況，從節點的定位原理，典型定位算法的具體定位方式和特點，目前定位算法在運用中所面臨的問題與挑戰三個方面對節點定位技術進行了分析。
關鍵詞：
無線傳感器網絡；定位原理；定位算法
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）19-0042-02
1.引言
無線傳感器網絡WSN（Wireless Sensor Network）作為新興物聯網的重要技術之一，是當前信息領域中的研究熱點。目前，WSN被廣泛用于環境監測、目標識別與跟蹤，如在大型結構狀態監測、城市交通安全監測和智能家居等領域。然而，在監測區域很多時候不僅需要獲取監測的事件信息，更需要知道事件發生的具體位置，這就使得WSN中節點自身位置信息變得非常重要，換句話說，節點的定位在很大程度上決定著WSN的應用前景。本文從以下三個方面對定位技術進行分析：WSN中網絡節點是如何進行定位的，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行定位以及各自的特點，目前的定位算法所面臨的問題與挑戰。
2.無線傳感器網絡節點定位原理
基于網絡中傳感器節點位置信息的獲取狀態，在WSN的節點定位技術中節點主要分為兩類，一類是信標節點，即錨節點，另一類是未知節點。錨節點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，成本比一般節點高，在定位過程中能量消耗也比較大，所以網絡中錨節點的數量較少。未知節點通常是隨機分布，不知道自身位置信息，需要進行定位。WSN的定位技術是進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部分，一部分是測量節點之間的距離或者角度，另一部分是通過一定的計算方式，實現節點的定位。
WSN中的未知節點進行第一部分操作其目的是為了獲得與錨節點之間的直線距離。未知節點通過測量與鄰近節點的距離或者角度來計算得到與鄰近錨節點的距離，進而獲取到錨節點的直線距離。在未知節點獲得大于等于三個到達錨節點的直線距離后進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行，但由于網絡中節點間的距離測量會存在一定誤差，進而導致節點的計算坐標與實際坐標之間產生差異，因此在實際應用中通常采用最大似然估計法進行定位計算以此盡可能地減少差異。假設網絡中有n個已知位置信息的節點，其坐標和到未知節點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中節點定位過程是否需要測量節點間的距離將其分為兩類，一類是需要明確網絡中節點之間的精確距離或角度，然后用三邊測量法或三角形關系定位的高成本、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點硬件支持，直接根據網絡中各節點間的通信情況來記錄錨節點和其他節點間的跳數值，然后估算節點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域。后者對硬件條件沒有過高的要求，計算較簡單，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網絡中節點間的距離或者角度的測量來確定未知節點的位置信息，而節點間的距離或者角度測量需要通過一定的方式進行，目前，在無線傳感器網絡中常用的測距方法有TOA，TDOA，AOA，RSSI等，各測距方法的特點如表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網絡的連通性來計算網絡中各節點與錨節點之間的距離，不需要測量節點之間的'距離，典型的無需測距定位算法中有質心定位算法[1]、凸規劃定位算法[2]、DV-Hop定位算法[3]等。
Nirupama Bulusu 等提出的質心定位算法的基本原理是每間隔時間s，信標節點向網絡中各節點發送一個信標信號（包含信標節點編號及其位置信息），當未知節點獲得超過一定數量的不同信標信號時，信標節點所構成的多邊形質心則為定位結果，該算法實現簡單但對錨節點的依賴較大。針對質心定位算法存在的不足，文獻[4]結合距離因素對算法進行優化，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行了改進，有效地避免了反演誤差，在提高算法精度的同時還降低了算法的復雜度和節點功耗。
Doherty等人提出的凸規劃定位算法的基本思想是將WSN中節點間的網絡通信連接作為一個凸集進行處理，通過半定規劃或者線性規劃等方式對凸約束進行優化，從而完成節點的定位。這種算法的覆蓋面較低，為避免邊緣節點的估計位置向網絡中心偏移，錨節點需要在網絡邊緣進行部署。結合傳統凸規劃定位算法的不足，文獻[6]在錨節點的通信范圍內通過引入最大內接圓來減少無效區域，在減少未知節點定位誤差的同時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。這種算法不需要進行實際距離的測量，也不需要其他的硬件條件支持，完全基于網絡的連通性，在算法的運行過程中網絡中所有節點在傳播信息的同時計算自己的位置，節點之間沒有地位之分。DV-Hop定位算法的執行過程簡單，但其采用計算距離（節點間跳段數乘以平均每跳距離）代替實際距離，會導致計算坐標與實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題，大量學者圍繞如何精確跳段數和網絡平均跳距這兩個值進行了深入研究，如文獻[7-8]通過引入通信半徑進一步精確記錄節點間的跳段數以此優化節點間計算距離，從而縮小計算坐標與實際坐標的誤差，提高算法的定位準確度。
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，主要是通過網絡連通度來進行定位，但是定位精度較低，缺乏實用性，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中節點的定位問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題與挑戰有待進一步深入分析解決。
（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，在進行定位計算過程中造成的誤差也會影響定位精度。
（2）受能量限制：傳感器節點依靠電池供電，但由于節點的電池能量有限，且網絡要求自適應、自組織地運行，這使得節點的計算能力、內存、通信能力等都受到限制，要求節點間的通信和感知次數要盡可能的少，定位算法對節點的功耗要很小。因此，能量限制也是定位技術需要解決的問題。
（3）錨節點數目：錨節點的位置通常是人工布置或由其他定位系統確定。但是對于大規模網絡或某些人員不易接近的區域，人工布置不現實，所有節點通過定位系統確定也不實際，通常只有小部分節點為錨節點，稀疏的錨節點使得普通節點位置的確定面臨困難。
（4）實用性差：基于無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境中實現，會假設許多不確定因素，但無線傳感器節點通常會部署在戰場、無人區等復雜地理環境中，這些不確定因素在實際中難以滿足，導致算法失去了實用性。
4.結束語
節點定位技術在無線傳感器網絡的應用中至關重要，本文介紹了無線傳感器網絡中節點如何進行定位，并在此基礎上比較分析了幾種典型的節點定位算法，同時指出現有定位算法存在的一些亟需解決的問題。節點定位涉及定位精度、網絡規模、錨節點密度、網絡的容錯性和功耗以及成本等多個方面，如何平衡各個方面的關系對于無線傳感器網絡的定位問題是需要深入分析研究的。
參考文獻：
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