第1章 绪论

1.1 定位技术的起源与发展

定位，就是确定地球表面某个物体在某一参考坐标系中的位置[1]。

定位技术的大规模发展源于全球定位系统（Global Positioning System,GPS）技术的产生和普及。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。截至1994年3月10日，预定的24颗卫星全部发射完毕，全球覆盖率高达98%。2000年美国取消了对GPS卫星民用信道的干扰信号，民用GPS的定位精度达到平均6.2 m的实用化水平，从而掀起GPS产业和应用热潮[2]。

基于无线网络的定位技术起源于20世纪90年代中期美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission,FCC）提出的E-911（Emergency Call 911，紧急呼叫“911”）服务条款[3]，要求无线网络能够提供符合要求的、可靠的、准确的定位信息[4]。E-911服务条款的提出使基于无线通信网络的移动终端定位技术得到了快速发展，其应用范围也不断延伸到人们生活的方方面面。

随着智能化生活需求的不断提升，用户的业务需求需要无线终端提供多样化的服务。其中，基于位置的服务（Location Based Service,LBS）就是无线终端通过卫星通信技术、无线蜂窝通信技术、无线局域网（Wireless Local Area Networks,WLAN）等通信网络获取位置信息并为用户提供基于位置信息的个性化服务。

室外场景下的LBS应用包括导航追踪、交通管理及旅游服务等。在室外场景下，常用的无线定位技术包括GPS[5]、辅助GPS（Assisted GPS,A-GPS）[6]，以及基于无线蜂窝网络的定位，如小区ID（Cell ID,CID）技术[7]、增强型小区ID （Enhance Cell ID,E-CID）技术[8]。LBS在室内场景下的应用更加广泛，比如商场或超市购物、仓库物品管理、游戏开发等。为满足室内LBS定位性能要求，近年来国内外学者及科研机构研究利用 WLAN[9]、射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）[10]、超宽带（Ultra Wide Band,UWB）[11]、蓝牙[12]（Bluetooth）等无线网络来实现室内移动终端的定位技术，其定位精度可达米级，而采用UWB 技术甚至可达厘米级精度[11]。图1-1给出了基于各种无线网络的定位技术的性能对比[13,14]。LBS市场的拓展与无线定位技术的发展是相互关联、相互促进的，无线定位技术性能的提高有利于 LBS 服务质量的提高，而 LBS 市场应用的拓展进一步加大了无线定位技术研究面的广度与研究点的深度。

图1-1 定位系统性能比较

无线定位系统主要由4部分组成，包括信号接收、参数估计、位置计算和定位显示与应用，如图1-2所示。

图1-2 无线定位系统组成

（1）无线接收信号

无线定位技术能够利用的无线信号包括移动蜂窝通信网络（2G/3G/LTE/LTE-A）、GPS、WLAN等，可为不同应用场景下的不同用户提供不同业务类型的无线通信服务。

（2）参数估计

收发机之间距离信息需要通过估计两者无线信道链路的参数信息来获取，该参数包括接收信号强度（Received Signal Strength,RSS）、到达时间（Time Of Arrival,TOA）、到达时间差（Time Difference Of Arrival,TDOA）、到达角（Angle Of Arrival,AOA）等。上述参数是进行下一步位置估计的前提。实际接收的无线信号受非视距传输及多径效应、阴影效应的影响，因此，即使精确估计信道参数信息，也难以获取准确的收发机之间的直线距离。

（3）位置计算

定位算法是整个定位系统性能的关键性影响因素，一方面要求定位算法有较好的精准度；另一方面又要求定位系统有较低的复杂度和时延。精准度与复杂度之间的平衡，是定位系统开发考虑的重要因素。常见的优化算法包括Chan算法、MPDA算法、IMM算法等。

（4）位置信息显示与应用

定位技术的实现可以在终端界面直观地以地图信息的方式显示估计的位置结果；同时，定位技术需要与其他应用相结合，在终端软/硬件的支持下完成数据处理，为用户提供数字化的LBS服务。