近年來，移動定位技術受到越來越多的關注，推動了對移動定位技術的研究及測距技術的發展。據統計，2004年在國際上各種移動通信業務用戶數排名中，定位業務用戶已超過移動電子商務、移動銀行等增值業務，僅低於語音業務而位居第二。移動定位技術代表著全新的商機，代表著移動技術發展的一個新階段。
基本介紹
- 中文名：移動定位技術
- 外文名：Mobile positioning technology
簡介,移動定位概念,分類,移動定位技術選擇,
簡介
美國聯邦通信委員會(FCC)於1996年下達指示要求移動運營商為行動電話用戶提供E-911(緊急救援)服務，這就要求對所有行動電話用戶實現定位功能，同時，FCC又於1999年對定位精度做出新的要求。
FCC的這些舉措大大促進了關於定位技術及其服務業務研究的發展，很多國家開始致力於研究商用定位技術並推出了各具特色的商用定位服務。近幾年，全球移動用戶的數量迅猛發展，為商用位置服務提供了極其誘人的市場前景。相關的位置服務業務可包括：緊急求救電話服務、物流管理、商業求助電話服務、個人問詢服務、車輛導航服務、特定跟蹤服務等等。
移動定位概念
空間位置信息一般包括與移動終端有關的坐標（二維或三維），通常指移動終端所處位置的經度、緯度和高度信息。移動定位技術就是指通過無線終端和無線通信技術的配合，確定移動用戶的實際位置信息。由於移動定位技術是位置信息服務最為基礎和核心的技術，因此人們經常將移動定位與位置服務理解為同一個概念。
移動定位技術的基本原理是：移動目標通過與多個已知坐標位置的固定基站（地面或空中）進行互動，獲得相應測量參數後，利用適當的處理方法獲得移動目標在空間中的位置。測量參數一般包括無線電波的傳輸時間、幅度、相位和到達角等。
移動定位技術研究可以追溯到第二次世界大戰時期的軍事套用，民用方面始於對自動車輛定位的研究。Stansfield於1947年提出了基於AOA測量的無源目標跟蹤（Passive Target Tracking）問題，1996年美國聯邦通信委員會（FCC）的E-911法令，對定位技術在網路設備和手機中定位精度做出明確的規定：基於蜂窩網路定位，要求定位精度在100m以內的機率不低於67%，在300m以內的機率不低於95%；基於網路輔助定位，要求定位精度在50m以內的機率不低於67%，在150m以內的機率不低於95%。
美國國家標準化協會（American National Standards Institute，ANSI）與歐洲電信標準化協會（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）提交了位置服務系統的標準，規定採用增強觀測時間差分（E-OTD）、到達時間（TOM）和輔助GPS（A-GPS）作為對起源小區技術（COO）的補充。
1.1 基於行動網路的定位技術
到達時間TOA(TimeOfArrival)定位技術：移動終端發射測量信號到達3個以上的基站，通過測量到達所用的時間(須保證時間同步)，並施以特定算法的計算，實現對移動終端的定位。在該算法中，移動終端位於以基站為圓心，移動終端和基站之間的電波傳輸距離為半徑的圓上，三個圓的交點即為移動終端所在的位置。
到達時間差TDOA(TimeDifference0fArrival)定位技術：移動終端對基站進行監聽並測量出信號到達兩個基站的時間差，每兩個基站得到一個測量值，形成一個雙曲線定位區，這樣，三個基站得到2個雙曲線定位區，求解出它們的交結點並施以附加條件就可以得到移動終端的確切位置。由於所測量為時間差而非絕對時間，不必滿足時間同步的要求，所以TDOA備受關注。
增強型觀測時間差E-OTD(Enhanced-ObservedTimeDifference)定位技術：在無線網路中放置若干位置接收器或參考點作為位置測量單元LMU，參考點都有一個精確的定時源，當具有E-OTD功能的手機和LMU接收到3個以上的基站信號時，每個基站信號到達兩者的時間差將被算出來，從而估算出手機所處的位置。這項定位技術定位精度較高但硬體實現也複雜。
角度達到AOA(ArrivalofAngle)定位技術：這種定位技術的首要條件是基站需裝設陣列智慧型天線。通過這種天線測出基站與傳送信號的移動終端之間的角度，進一步確定兩者之間的連線，這樣移動終端與兩個基站可得到兩條連線，其交點即為待測移動終端的位置。該定位技術的缺點是所需智慧型天線要求較高，且有定位盲點。
1.2 基於移動終端的定位技術
該定位技術的原理是：多個已知位置的基站發射信號，所發射信號攜帶有與基站位置有關的特徵信息，當移動終端接收到這些信號後，確定其與各基站之間的幾何位置關係，並根據相關算法對其自身位置進行定位估算，從而得到自身的位置信息。具有較高的定位精度。但其致命的缺陷是需要手機參與定位參數的測量並進行坐標位置的計算，必須對手機和網路的軟硬體加以改造或升級，傾向的做法是在手機內集成GPS接收機，加大了手機的能耗，而且從商用角度來看很難做到大面積的推廣和使用。
已提出的基於移動終端的定位技術主要包括：下行鏈路觀測到達時間差(OTDOA)方法、基於GPS的定位技術，如差分GPS(DGPS)、輔助GPS(A-GPS)等。根據技術發展動態，我們把重點集中於DGPS和A-GPS上：(1)GPS定位技術經過多年的發展，由於其定位精度高、覆蓋範圍廣的優點，在軍事用途中發揮著巨大的作用，近幾年開始向各個領域滲透並得到廣泛的套用。差分GPS技術可以提高GPS系統的定位精度。原理是：基準接收機對自己實施定位，得到的定位結果與自己的確知的地理位置相比較得到差值，該差值被用作公共誤差修正值，對與基準接收處於同一區域且共用四顆衛星進行定位的移動接收機來說，它們顯然具有相同的公共誤差。因此藉助於公共誤差修正值可以修正移動接收機的定位結果，從而提高定位精度。(2)採用GPS對移動台直接定位時，首次定位需要較長的時間，這對於緊急救援的業務是不允許的。A-GPS可以有效地解決這個問題。利用輔助GPS進行定位時，GPS參考網路可將輔助的定位信息通過無線通信網路傳送給移動台，可減小搜尋時間，使定位時間降至幾秒鐘，而且輔助的定位信息也為在信號嚴重衰落的市區或室內套用GPS定位技術提供了可能。另外，由於在兩次定位間歇期間GPS接收機可處於休眠狀態，所以可以降低手機的能耗。綜上所述，AGPS彌補傳統的GPS定位技術的缺陷，使得GPS突破定位界限實現室內GPS定位。
2、室內定位技術
2.1 光跟蹤定位系統
該系統種類繁多，但都要求所跟蹤目標和探測器之間線性可視，這就把它的套用局限到了僅室內的範圍且須保證所監測的目標是不透明的。在視頻監視系統中，往往採用在被監控的環境中安裝多台攝像設備，這些攝像設備可連線到一台或幾台視頻監控器上，通過視頻監控器，對觀察對象進行實時動態地監控，有的甚至可以進行必要的數據存儲。光定位技術也被套用於機器人系統，通過固定的紅外線攝像機和很多紅外線發光二極體的一系列協同配合，達到定位的目的。由於其本身的特點，要實現高精度的光定位技術，其配備要求比較複雜。
2.2 室內GPS定位技術
當GPS接收機在室內工作時，由於信號受建築物的影響而大大衰減到十分微弱的地步，要想達到室外一樣直接從衛星廣播中提取導航數據和時間信息是不可能的。為了得到較高的信號靈敏度，就需要延長在每個碼延遲上的停留時間，A-GPS技術為這個問題的解決提供了可能性。室內GPS技術採用大量的相關器並行地搜尋可能的延遲碼，同時，也有助於實現快速定位。這種室內GPS定位技術由於需要在手機內集成GPS接收器，決定了它的套用受限性，為此，把具有該功能的手機價格降到人們可以承受的範圍內成了室內GPS技術追求的目標之一。普通GPS接收機正朝著單片機的方向發展，並努力實現把GPS的RF電路和多相關器電路集成人手機現存的RF晶片和綜合數字晶片中。
2.3 超音波定位技術(UltrasonicPositioningTechnologies)
該技術由於其成本低、結構簡單易於實現而被人們廣泛採用。市場上的超音波收、發器技術成熟且價格低廉，因此套用較為廣泛。超音波測距大都採用反射式測距法，即發射超音波並接收由被測物產生回波，根據回波與發射波的時間差計算出待測距離，有的則採用單向測距法。超音波定位系統可由若干個應答器和一個主測距器組成，主測距器放置在被測物體上，在微機指令信號的作用下向位置固定的應答器發射同頻率的無線電信號，應答器在收到無線電信號後同時向主測距器發射超音波信號，得到主測距器與各個應答器之間的距離。當同時有三個或三個以上不在同一直線上的應答器做出回應時，我們可以根據相關計算確定出被測物體所在的二維坐標系下的位置。我們在無線感測器網路下基於超音波技術的3D定位系統的研製中採用超音波定位技術，為了克服超音波聲吸收嚴重而影響其傳輸距離的缺陷，我們決定不採用反射測距法而是用單向測距法。
2.4 藍牙技術(Bluetooth)
該技術是一種短距離低功耗的無線傳輸技術，支持點到點、點到多點的話音和數據業務。可以實現不同設備之間的短距離無線互聯。在室內安裝適當的藍牙區域網路接入點，把網路配置成基於多用戶的基礎網路連線模式，並保證藍牙區域網路接入點始終是這個微微網(piconet)的主設備(master)，就可以獲得用戶的位置信息，實現利用藍牙技術定位的目的。採用該技術作室內短距離定位其優點是容易發現設備且信號傳輸不受視距的影響，缺點是藍牙器件和設備價格昂貴。
3、結束語
移動定位技術在近幾年取得了很大的發展，尤其是各種技術的混合研究和套用，我們可以揚長避短，加速技術突破的進程。但就其商業套用的開發來說，不過是剛剛起步，除了某些特定的跟蹤或監測用途，作為民用的巨大商業潛力尚待進一步的開發，在未來的手機業務中，位置業務服務很可能帶來巨大的商機，並給人們帶來極大的便利。另外，室內定位技術有待於進一步研究完善，一旦突破的屏障，定位技術將會出呈現珠聯璧合之勢，相關的位置服務業務也必將深入人們的生活。(T004)
國內手機定位典型方案
[CPP移動定位平台] CPP移動定位平台包含人員定位[以手機為終端]，車輛定位[車載GPS為終端]，在一個平台裡面可以實現對人、車同時進行位置跟蹤和服務，該平台用與企事業單位對外出人員、車輛進行以定位為核心的信息化管理綜合性平台，同時該平台針對居家養老服務行業推出了居家養老CPP服務平台。
分類
隨著用戶需求的增加，移動定位技術受到越來越多的關注，推動了對移動定位技術的研究及測距技術的發展。如何儘可能地利用現存網路資源，低成本地實現對用戶的精確定位一直是研究的焦點。
實現移動定位主要有兩大類解決方案，第一類是由移動站(MS)主導的定位技術。單從技術角度講，這種技術更容易提供比較精確的用戶定位信息，它可以利用現有的一些定位系統，例如，在移動站中集成GPS接收機，從而利用現成的GPS信號實現對用戶的精確定位。但這類技術需要在移動站上增加新的硬體，這將對移動站的尺寸和成本帶來不利的影響。
第二類是由基站(BS)主導的定位技術，這種解決方案需要對現存的基站、交換中心作出某種程度的改進，但它可以兼容現有的終端設備。其可選用的具體實現技術主要包括：測量信號方向(信號的到達角度，簡稱AOA)的定位技術、測量信號功率的定位技術、測量信號傳播時間特性(到達時間，簡稱TOA；到達時間差，簡稱TDOA)的定位技術。為了提高定位的精度，也可以採用利用採用上面數種技術的組合。
移動定位技術選擇
在移動通信系統中要實現對移動終端的定位，必須選擇合適的定位系統及合適的定位技術。一個最優的定位系統應以最低的代價（計算複雜度）得到最高的定位精度，並且有良好的可靠性和穩健性。在選擇定位系統和定位技術時，通常要考慮以下幾個因素。
（1）定位精度：定位精度直接影響到定位服務的質量，是定位技術性能最重要的體現，對精度的要求很大程度上決定了定位技術的選擇。但實際上，不同的定位服務要求的定位精度差異很大。例如，基於位置的計費或信息服務等業務只需要達到小區級別的精度就可以了，但對於緊急業務和車輛導航等，則需要較高的精度。定位服務並不一定都要求技術最好和功能最強，而是要根據不同的定位服務選擇當前合適的技術，以較小的成本代價獲取最大的盈利。
（2）覆蓋能力：覆蓋能力是定位技術性能的另一個重要體現。有些定位技術需要定位網路的連續覆蓋，以完成定位的多點測量。在移動通信網路中，隨著業務量的不同，城市、郊區和偏遠地區基站的密集程度有著相當大的差異。在一些城市中心，基站之間距離只有一二百米，而偏遠地區則可能達到幾十公里甚至上百公里。對於網路多點測量技術就很難保證其定位網路的連續覆蓋。
（3）投資成本：選擇定位方案時，最好的技術並不一定是最好的選擇。一般來說，精度高的定位技術需要更高的軟硬體配置，從而增加了運營成本。提供的定位精度越高，相應的投資成本也越高。對於運營商來說，在滿足定位精度要求的前提下，一般願意選擇投資小的技術方案。
（4）是否支持現有基站：基於基站和網路輔助的定位技術通常需要對現有基站進行更換或升級。這對於用戶而言，可能會因此放棄或延遲選擇定位服務業務。而對於生產商來說，必須及時批量生產出與定位技術配套的基站，以滿足市場的需要。這會對業務開展帶來一定的阻力。
（5）現有網路是否支持：基於網路的定位，大多需要網路滿足某種標準協定或版本，故選擇定位技術時應首先考慮網路是否支持，是否需要大量的網路升級。
