手機(jī)定位方法與精度研究

摘 要：隨著智能手機(jī)的普及，手機(jī)定位在人們實(shí)際生活中的應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大。基于此，本文將首先介紹手機(jī)定位的原理，然后研究手機(jī)定位方法，其中主要包括測(cè)量信號(hào)傳播時(shí)間的方法、測(cè)量信號(hào)方向的方法以及手機(jī)GPS技術(shù)的定位方法三方面內(nèi)容。最后，研究手機(jī)定位的精度，其中主要包括定位數(shù)據(jù)的采集、定位數(shù)據(jù)的處理以及定位精度的結(jié)果分析三方面內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：手機(jī)定位；定位精度；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2018）07-0036-03

Abstract：With the popularity of smart phones，the application of mobile phone positioning in people’s real life is also gradually improving. Based on this，this article will first introduce the principle of mobile location. Secondly，the method of mobile location is studied，including three aspects：the method of measuring the time of signal transmission，the method of measuring the direction of the signal and the positioning method of the GPS technology of the mobile phone. Finally，the precision of mobile location is studied，including three aspects：the acquisition of the positioning data，the processing of the positioning data and the result analysis of the positioning accuracy.

Keywords：mobile location；positioning accuracy；data acquisition

0 引 言

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)技術(shù)的要求不斷提升，手機(jī)作為人們生活中的必需品，其功能也在向著多元化的方向發(fā)展。其中手機(jī)定位功能在近幾年的應(yīng)用范圍較廣，手機(jī)定位中主要包括信號(hào)方向定位、信號(hào)傳播定位、手機(jī)GPS定位以及GPS輔助定位幾種，本文將重點(diǎn)研究手機(jī)定位中的定位方法以及定位精度。

1 手機(jī)定位的原理

手機(jī)定位是一種移動(dòng)位置服務(wù)系統(tǒng)，主要利用電信移動(dòng)的運(yùn)營商，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)位置信息，并在電子地圖中顯示出來，是一種增值業(yè)務(wù)。其原理主要為：移動(dòng)電話在使用過程中測(cè)量不同的導(dǎo)頻信號(hào)，得到相應(yīng)的TOA，根據(jù)最終的測(cè)量結(jié)果得出相應(yīng)的坐標(biāo)，利用三角公式算法，計(jì)算出需要移動(dòng)的位置。在此過程中，位置的估算需要根據(jù)多個(gè)基站考慮其定位情況，起碼在3個(gè)或者3個(gè)以上的基站。在實(shí)際測(cè)量中參考的基站越多，最終的測(cè)量準(zhǔn)確度就越高，其中的定位性能也就越高。目前手機(jī)定位在實(shí)際應(yīng)用的過程中，往往采用粗略估計(jì)的定位服務(wù)，利用電子地圖向用戶提供相應(yīng)的位置信息，主要包括周圍的商場(chǎng)以及飯店等，精準(zhǔn)度有待提升。

2 手機(jī)定位方法

2.1 測(cè)量信號(hào)傳播時(shí)間的方法

測(cè)量信號(hào)傳播時(shí)間的方法主要包括以下兩方面內(nèi)容：第一方面，達(dá)到時(shí)間的測(cè)量，在此過程中，需要測(cè)量出移動(dòng)臺(tái)與3個(gè)基站之間的關(guān)系，將3個(gè)基站作為圓心，基站與移動(dòng)臺(tái)之間的距離作為半徑，分別建立三個(gè)基站圓，這種方式能夠計(jì)算出移動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo)。該種測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用的過程中，對(duì)測(cè)量精準(zhǔn)度的要求較高，如果測(cè)量的準(zhǔn)確性不夠，將會(huì)出現(xiàn)三個(gè)圓無法相交的現(xiàn)象，進(jìn)而影響最終的定位準(zhǔn)確性。另外，TOA與BS之間需要保證較高的同步性，進(jìn)而保證測(cè)量結(jié)果與實(shí)施測(cè)量的距離相互接近；第二方面，達(dá)到時(shí)間差的測(cè)量，在此過程中，如果已經(jīng)確定了兩個(gè)移動(dòng)點(diǎn)的距離差，則移動(dòng)點(diǎn)需要建立在兩個(gè)基站為焦點(diǎn)的雙曲線中，如果出現(xiàn)了另一個(gè)基站，也可以采用相同的方式展開測(cè)量。這種測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用過程中具有應(yīng)用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，如果直接利用TOA技術(shù)以及AOA技術(shù)，則整個(gè)測(cè)量流程較為復(fù)雜。最終時(shí)間差的測(cè)量結(jié)果參數(shù)是Ti-T1，同時(shí)也表示MS到BSI與到BSL的時(shí)間差。

2.2 測(cè)量信號(hào)方向的方法

此方法主要采用天線陣列測(cè)量出電磁波的角度，形成相應(yīng)的發(fā)射線，其中利用兩臺(tái)接收機(jī)發(fā)射出兩條方向線，這兩條線的焦點(diǎn)就是移動(dòng)點(diǎn)的位置。除此之外，還需要確定其中的方向角，在此過程中需要采用強(qiáng)方向性天線陣，這樣能夠測(cè)量信號(hào)的角度參數(shù)，最終利用計(jì)天線計(jì)算出各個(gè)單元的相位差以及功率。另外，在AOA技術(shù)中，只要計(jì)算出BS以及AOA的參數(shù)，就能確定MS的數(shù)值。

2.3 手機(jī)GPS技術(shù)的定位方法

GPS定位系統(tǒng)是全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過衛(wèi)星定位的方式確定物體位置，在實(shí)際應(yīng)用的過程中具有較高的準(zhǔn)確性，但是非常容易受到測(cè)量環(huán)境的影響，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中要注意GPS系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的主要原理是：監(jiān)測(cè)衛(wèi)星在運(yùn)行過程中不斷發(fā)射相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息，信號(hào)接收器在接收到信號(hào)之后，采用三角計(jì)算方式確定接收位置信息。在此過程中，三個(gè)衛(wèi)星可以展開2D定位，其中主要包括經(jīng)度信息和緯度信息，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出相應(yīng)的位置移動(dòng)方向以及移動(dòng)速度，進(jìn)而確定物體的位置以及移動(dòng)情況。目前全球有24顆GPS衛(wèi)星，分別分布在6條軌道中，也就是說，每條水平線中最少存在4顆衛(wèi)星，最多存在11顆衛(wèi)星，由此可以看出，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確性以及應(yīng)用價(jià)值，因此，GPS定位系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在實(shí)際生活中。

該方法主要包括收集GPS定位法以及手機(jī)GPS定位輔助定位法兩種，其中收集GPS定位法需要借助全球定位系統(tǒng)，將定位信息傳輸?shù)揭苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，為用戶提供一定的位置信息。GPS定位系統(tǒng)能夠發(fā)出距離測(cè)量信號(hào)以及導(dǎo)航信號(hào)，導(dǎo)航信號(hào)中包括衛(wèi)星的位置信息，用戶在確定位置的過程中，需要使用帶有GPS接收系統(tǒng)的手機(jī)，接收到GPS發(fā)出的信號(hào)，根據(jù)信號(hào)信息計(jì)算出GPS信息中的空間信息，同時(shí)采用距離交會(huì)的計(jì)算方法計(jì)算被測(cè)量點(diǎn)的位置，最終得出相應(yīng)的位置信息。GPS輔助定位法是一種準(zhǔn)確度較高的定位方法，利用GPS輔助系統(tǒng)A-GPS實(shí)現(xiàn)定位輔助，在此過程中，A-GPS利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供相應(yīng)的GPS信息，GPS以及輔助網(wǎng)絡(luò)都能夠接收到相應(yīng)的位置信息。其中的原理主要是GPS偽距離測(cè)量中的數(shù)據(jù)信息以及A-GPS中的計(jì)算信息，以上信息能夠確定衛(wèi)星的位置，并利用GPS中的測(cè)量信息將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中，由其中的定位服務(wù)中心進(jìn)行傳輸，最終計(jì)算出衛(wèi)星終端中的位置信息，確定其中的位置[1]。

3 手機(jī)定位的精度

3.1 定位數(shù)據(jù)的采集

在采集定位數(shù)據(jù)的過程中，需要確定數(shù)據(jù)的采集區(qū)域以及采集方式，做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作之后展開數(shù)據(jù)采集。本次數(shù)據(jù)采集中使用的坐標(biāo)為南方測(cè)繪GPS-RTK，型號(hào)為S82，坐標(biāo)為1cm+1ppm，高程為2cm+1ppm。在郊區(qū)中開始數(shù)據(jù)采集工作，利用GPS-PTK確定數(shù)據(jù)信息采集的測(cè)量點(diǎn)，再將手機(jī)放置到測(cè)量點(diǎn)中展開數(shù)據(jù)采集。在市區(qū)采集的過程中，數(shù)據(jù)采集信息的地點(diǎn)可以較為復(fù)雜，這種方式能夠體現(xiàn)出數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。本次實(shí)驗(yàn)中主要采用的數(shù)據(jù)采集方式為手機(jī)GPS定位法。

3.2 定位數(shù)據(jù)的處理

在數(shù)據(jù)收集的過程中，可以將數(shù)據(jù)信息分類整理為郊區(qū)定位的信息和市區(qū)定位的信息兩種，其中分別含有坐標(biāo)誤差以及高程誤差兩種選項(xiàng)，用來確定定位信息的準(zhǔn)確性。最終的處理結(jié)果如下，在收集的郊區(qū)定位數(shù)據(jù)信息中，取四組數(shù)據(jù)展開研究，其中坐標(biāo)誤差分別為43.730、43.730、43.730、43.729、43.730、43.730、43.728，高程誤差為-2.3、6.82、2.91、-2.95、-2.13、-5.82、-2.51。在手機(jī)市區(qū)定位中，坐標(biāo)誤差均為43.730，高程誤差分別為5.94、3.59、18.36、-3.22、-20.2、7.91、4.52。由 此可以看出，在手機(jī)定位的過程中，精確程度在50m以內(nèi)，在市區(qū)以及郊區(qū)中的變化情況都不大。但是在進(jìn)行高程定位的過程中，由于采用單點(diǎn)定位的方式，加上在市區(qū)中的樓房角度，定位信息的準(zhǔn)確程度受到了一定的影響，因此手機(jī)GPS在測(cè)量高程中的誤差較大，但是依舊能夠滿足人們出行的基本需求[2]。手機(jī)定位詳細(xì)數(shù)據(jù)表如表1所示。

3.3 定位精度的結(jié)果分析

在分析定位精確性的過程中，需要根據(jù)定位方式和定位技術(shù)的不同，采取不同的處理方式。例如，在AOA定位中，由于該種定位方式存在的特性，要提升定位的準(zhǔn)確性，可以使用降低頻射信號(hào)和提高天線設(shè)備角分辨率等方式。在使用TOA技術(shù)的過程中，由于其中的功率控制，導(dǎo)致其距離服務(wù)站較近的移動(dòng)點(diǎn)發(fā)射功率較小，因此附近基站接收到的數(shù)據(jù)也較小，進(jìn)而造成較大的定位誤差。面對(duì)這種情況，可以采用提升發(fā)射功率的方式來提升定位準(zhǔn)確性。手機(jī)郊區(qū)坐標(biāo)定位誤差如圖1所示。

在手機(jī)GPS定位中，雖然其準(zhǔn)確程度較高，但是在實(shí)際定位過程中非常容易受到環(huán)境建筑物的影響，為了避免這種情況的出現(xiàn)，可以利用結(jié)合定位的方式，例如將GPS與手機(jī)軟件相互結(jié)合，提高該種定位方式在實(shí)際應(yīng)用中的適應(yīng)性，進(jìn)而提升其定位的準(zhǔn)確度。由此可以看出，手機(jī)定位系統(tǒng)目前在實(shí)際應(yīng)用的過程中能夠滿足人們的需求，但是未來手機(jī)定位仍然具有較大的發(fā)展空間，可以將各種定位方式的優(yōu)點(diǎn)相互結(jié)合，不斷完善手機(jī)定位系統(tǒng)，提升其在實(shí)際應(yīng)用過程中的準(zhǔn)確度[3]。手機(jī)市區(qū)坐標(biāo)定位誤差如圖2所示。

4 結(jié) 論

綜上所述，隨著人們對(duì)手機(jī)定位關(guān)注程度的逐漸提高，保證手機(jī)定位的準(zhǔn)確程度成為有關(guān)人員關(guān)注的重點(diǎn)問題。本文通過對(duì)定位方法以及精度進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，這些方法能夠有效提高手機(jī)定位的準(zhǔn)確性，同時(shí)還能夠提升手機(jī)定位發(fā)展的全面性。由此可以看出，研究手機(jī)定位的方法以及精度，能夠?yàn)榻窈笫謾C(jī)定位的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：謝光（1983.10-）男，山東單縣人，講師，碩士。研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、電子商務(wù)；鐘城（1996.03-），男，漢族，浙江杭州人，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科在讀。