大家所熟知的,包括:美国的GPS,中国的北斗(BDS)、欧洲的伽利略(Galileo)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS) 。此外,还有日本的准天顶系统(QZSS)和印度的IRNSS 。我们就拿使用最为广泛的美国GPS系统来说吧 。GPS,英文全名是Global Positioning System,全球定位系统 。
它起始于1958年美国军方的一个项目,1964年投入使用,1994年彻底布设完成 。GPS系统的主要建设目的,是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的 。该系统由24颗卫星构成,其中21颗为工作卫星,还有3颗是在轨备用卫星 。它们共同组成了GPS卫星星座 。
24颗卫星距地高度为20200km,运行周期为11小时58分(恒星时12小时),均匀分布在6个轨道平面内 。正常情况下,在地球表面上任何地点任何时刻,平均可同时观测到6颗GPS卫星,最多可达10颗卫星 。除了天上的卫星之外,当然还需要地面的相关设备进行配合和监测,也就是地面监控系统 。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监控站 。
GPS导航系统的基本原理,是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置 。我们的手机,内置了GPS模块和天线,相当于接收机,负责GPS数据的接收和处理 。这些数据被手机操作系统或APP应用软件(例如百度地图)调用,起到精确定位的目的 。小提示:大家如果有兴趣的话,可以安装类似“GPS雷达”这样的APP,随时查看自己的手机现在能搜到哪几颗定位卫星:我随便扫了一下,头上的卫星还真不少啊卫星定位这个东西,涉及到国家安全,当然不能完全依赖于国外 。
所以,尽管GPS系统非常成熟,我们国家还是开发了北斗系统 。弹道导弹,总不能用人家老美的卫星来定位吧?截至目前,我们的北斗系统已经具备商用能力,配合基准站,能给客户提供精确到10米的定位服务,和GPS不相上下 。同时,北斗也弥补了GPS的不足,具备短报文能力(GPS卫星是单向广播的,不具备双向通信能力,功能略显单一) 。
限于篇幅,今天对北斗不多做介绍,下次专门开专题来讲 。对于GPS这样的卫星定位系统来说,影响定位精度的因素主要来自两个方面,一个是大气层中的电离层(电离层在太阳光的照射下充满了离子和电子,对GPS信号这种电磁波的影响严重),还有一个是多径效应(以前介绍通信基础的时候讲过,因为建筑等影响,直射信号和反射信号抵达的时间不同,造成信号干扰) 。
不过总的来说,如果天气OK,GPS的定位精度都不会太差 。基站定位好了,说完了卫星定位,再来看看地面定位 。说到地面定位,大家首先想到了什么?哈哈,是不是雷达?确实,雷达作为一项搜索定位技术,广泛应用于军事和民用领域 。但是,毕竟普通手机数量非常庞大,加之生活场所障碍物非常复杂,不管从技术角度,还是成本角度,都不适合采用雷达进行定位 。
龙珠雷达,其实是个不错的东东那我们采用什么方式呢?其实可以用的方法很多,最常用的,是基站定位,也就是常说的LBS,Location Based Service(基于位置服务) 。基站定位的原理和雷达有相似之处 。雷达定位大家都知道,就是发射雷达波,根据目标的反射,进行空间位置测算 。基站定位的话,基站就相当于是一个“雷达” 。
通常,在城市中,一部手机会在多个基站的信号覆盖之下 。手机会对不同基站的下行导频信号进行“测量”,得到各个基站的信号TOA(到达时刻)或TDOA(到达时间差) 。根据这个测量结果,结合基站的坐标,就能够计算出手机的坐标值 。画个图,一看就明白了:清楚了吧,三点一位 。基站定位的精度并不高,误差大概从100米到上千米 。
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