無線定位系統的應用背景及其實現方法

王順利　付嘉銘　洪強

摘 要 無線移動定位系統使一系列激動人心的無線應用成為可能，其影響十分廣泛，將深入到日常生活的每個部分，例如娛樂、廣告、導航、資產管理和地理信息訪問等。充分利用定位信息還可以直接影響人們在途中及時做出決定，例如如何避免交通堵塞、意外事件或壞天氣，以及選擇中途目的地或使用當地資源，包括加油站、食品店、旅館和出租車等。

關鍵詞 無線定位 無線通信 無線局域網 衛星 無線測距

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A

1無線定位技術的發展歷程

無線通信起源于年馬可尼第一次展示的跨英格蘭海峽的無線電通信試驗。到上個世紀七十年代，由于晶體射頻電路的迅猛發展，無線通信取得了迅猛的發展。無線通信的時代終于到來。隨著數據信息服務迅速發展，現在無線通信系統也不再局限于語音通信。其中，無線定位在最近幾年成為無線通信的熱點之一。無線定位就是在有效的無線電覆蓋范圍內給移動用戶提供自身位置的實時信息。無線定位技術最初是為了滿足遠程航海的導航等要求而產生的。無線定位技術在雷達，聲納定位，軍事偵察，緊急救援，車輛自動定位導航，地震探測和生物醫學等領域也有廣泛的應用。美國曾經采納了一份報告，并通過了一項法令來強制推行無線服務。該法令要求在區域性中的小無線運營商將主叫電話號碼轉發到蜂窩網絡與寬帶中，并且自動將呼叫合適的路由器，提供始發移動臺的位置。對于基于手機的解決方案，要求無線運營商可以將緊急呼叫定位在規定的范圍之內。該法規推動了美國全球定位服務的應用，同時也加快了各種無線定位技術的研究。

2無線定位系統的應用

一般來說，無線定位可以分為基于衛星的定位系統與基于無線局域網的定位系統，特殊的定位系統是基于公共定位系統基礎之上的。美國的全球定位系統是一個典型的基于衛星的定位系統，有別于歐洲和俄羅斯的衛星定位系統。在定位原理與定位技術方面，由三個衛星定位終端的無線信號來計算衛星終端的定位位置，并建立起三個方程，解決了定位終端的位置。因為衛星移動速度本身很快，檢測就會產生誤差，信號的實時檢測有多種方式，利用速度與時間的計算公式會導致定位終端位置的檢測誤差。在實際使用時，使用第四顆衛星提供了一個四維空間，時間誤差為第四維度。目前，有許多方法來提高定位精度，建立基站觀測，利用已知的基準站來精確坐標，與觀測值進行比較，從而進行組校正，并對外發布。

無線局域網不僅用于定位和設計，它還成功地應用于室內定位，如醫院中對一些特殊的病人進行跟蹤，解說員通過展覽大廳中的便攜式音頻設備對游客進行解說。根據無線局域網技術的不同類型可以使用多種定位，通過傳動功率損失來檢測信號，系統還能對小區域進行定位。

第一個特殊定位系統網絡應用在車輛導航系統上，沿著公路系統，按一定間隔放置檢測器，對交通對象進行檢測，通過專用通信系統來對運動目標識別，將定位和其他信息發送到交通信息處理中心，從而實現移動定位。現在很多公路上都采用了多種無線定位技術來替換檢測，有效提高定位精度和速度。

基于無線定位系統的公共無線通信系統是目前的一個熱門話題，主要是因為在無線定位的基礎上，公共無線通信系統的廣泛應用，實現了通信信號最大程度的覆蓋。CDMA，GSM（如圖1所示，是GSM的系統結構圖）作為國內第二代系統的代表，其信號覆蓋面最廣，數字移動通信系統的容量是最大的。無論是哪種定位系統，它都是由網絡基站構成的。網絡基站組使系統可以提供一些在無線定位基礎上的商業增值服務。由于該定位系統已經發展得相當成熟，基于現有廣闊的網絡覆蓋，使用價格低，終端設備高端，為成熟系統的發展帶來了前所未有的好處。然而，它的缺點是明顯的，雖然定位時間很長，但是其定位精度低，所能表現出的性能很一般，不能滿足一些特定位置的需求，如對快速響應的車輛實時定位的需要等。

3無線測距的實現方法

有許多方法來實現無線測距。在雷達系統中常用脈沖位置調制與微波測距儀頻率連續波來實現。然而，如果想獲得測量距離精度高的方法，就必須使用載波相位測量，而不是使用調制信號來進行相位檢測。

在測量需要大量可調反射望遠鏡的準確距離時，脈沖信號和調頻連續波方法就沒法實現。此時可以采用一種基于測距系統閉環相位同步的方法。發射信號時，精度可以達到，最遠的距離可以達到甚至超過1KZ。

事實上，載波相位遠程同步有眾多的應用范圍。例如，小衛星編隊飛行中給衛星信號傳送同步信號，該系統的使用將會有助于減輕重量。在雷達基地，提高兩個雷達站之間的載體可以提高同步精度。

然而，幅度和相位同步的系統需要使用多個頻段，雖然每個頻帶很窄，但還是會干擾到其他系統。同時，系統需要多天線，從而增加了系統的復雜度，提高了系統的實現難度。系統的穩定性也不高，易受天氣的影響。

參考文獻

[1] 谷靜，毛永毅，李明遠.？？無線定位技術[J]. 西安郵電學院學報，2002（03）.

[2] 寧月松.基于改進測距算法的無線定位系統研究與軟件實現[D]. 西南交通大學，2011.