8第八章传感器技术与定位系统.pptVIP

第四节 典型定位系统 卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统 蜂窝基站定位：主要优缺点 优点 不需要GPS接收机，可通讯即可定位 启动速度慢 信号穿透能力强，室内亦可接收到 缺点 定位精度相对较低 基站需要有专门硬件，造价昂贵 第四节 典型定位系统 卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统 三、无线室内环境定位 室内环境的复杂性 多径效应 原因：障碍物反射电磁波，反射波和原始波在接收端混叠 室内障碍物众多，多径效应明显 对电磁波的阻碍作用 长波信号（GPS）传播能力强，穿透能力弱 室内应选用短波信号来进行定位 第四节 典型定位系统 卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统 需求主要来自企业和个人：难以购置ToA，TDoA，AoA等技术所需的昂贵硬件。 RSS定位技术 使用信号强度进行定位 利用已有的无线网络（蓝牙、Wi-Fi、ZigBee） 红外线、超声波、蓝牙、RFID、超宽带…… 卫星定位 蜂窝基站定位 无线室内环境定位 新兴定位系统 第四节 典型定位系统 四、新兴定位系统 1.利用可见Wi-Fi接入点来定位； 2.在大城市中，无线AP数目多，定位非常精确； 3.在iPhone中成熟应用。 1.GPS定位和蜂窝基站定位的结合体 2.利用基站定位确定大致范围 3.连接网络查询当前位置可见卫星 4.大大缩短有哪些信誉好的足球投注网站卫星的时间 1.用于无线传感网、自组织网络； 2.通过少量位置已知节点，定位出全网络节点的位置。 新兴定位系统 A-GPS 无线AP定位 网络定位 第五节 第五节 常用定位技术 定位技术的关键： 有一个或多个已知坐标的参考点 得到待定物体与已知参考点的空间关系 定位技术的两个步骤：测量物理量→根据物理量确定目标位置 常见定位技术： 基于距离的定位（ToA） 基于距离差的定位（TDoA） 基于信号特征的定位（RSS） 第五节 常用定位技术 基于距离 基于距离差 基于信号特征 1.基于距离的定位（ToA） 距离测量方法 距离d = 波速v * 传播时间Δt 传播时间Δt = 收到时刻t – 发出时刻t0 问题：接受端如何得知t0 ？ （方法1）：利用波速差 发送端同时发送一道电磁波和声波 接收端记录：电磁波到达时刻 、声波到达时刻 距离 由于 远大于 ，上式可简化为 第五节 常用定位技术 （方法2）：测量波的往返时间 发送端于时刻 发送波 接收端收到波后，等待时间 后返回同样的波 发送端记录收到回复的时间 距离 基于距离 基于距离差 基于信号特征 位置计算方法：多边测量（也称多点测量） 平面上定位，取三个参考点 以每个参考点为圆心，到该参考点的距离为半径画圆，目标必在圆上 平面上三个圆交于一点 第五节 常用定位技术 基于距离 基于距离差 基于信号特征 2.基于距离差的定位（TDoA） ToA的局限 需要参考点和测量目标时钟同步 TDoA 不需要参考点和测量目标时钟同步 参考点之间仍然需要时钟同步 距离差测距方法 测量目标广播信号 参考点i，j分别记录信号接收到的时刻ti，tj 测量目标到i，j的距离差 第五节 常用定位技术 位置计算方法 至少两组数据联立方程求解 实际采用多组数据最小二乘法求解 每次测量结果 参考点坐标 到参考点的距离 构建方程： 基于距离 基于距离差 基于信号特征 第五节 常用定位技术 基于距离 基于距离差 基于信号特征 3.基于信号特征的定位 ToA和TDoA都需要接收端特殊装置 基于信号特征的定位直接利用无线通信的射频信号定位，不需要额外设备 原理：信号强度随传播距离衰减 基于距离 基于距离差 基于信号特征 第五节 常用定位技术 问题：理想公式实际难以应用。 解决方法： 将信号强度看做“特征” 预先布置N个参考节点 测出N个参考节点信号的强度，得到一个N维向量 事先测出区域中每个位置的特征向量 将目标测出的特征向量和事先测量值比对，找出位置 缺点：不能应对动态变化 第六节 物联网对定位技术的新挑战 信息安全与隐私保护 位置信息内涵丰富且隐私息息相关 高精度位置信息泄露的后果严重 →如何既保证信息精度，又保护个人隐私 大规模应用 物联网时代，接入网络的设备将超过500亿台 →如何应对庞大的数量增长 →如何让定位技术为简单设备（如RFID标签）所用 本章小结 内容回顾 本章介绍了传感器的基本概念和典型应用，并讨论了传感器的设计需求和软硬件平台。介绍了位置信息的基本概念，重点讨论了四种定位系统以及三种典型的定位技术，最后探讨了物联网对定位技术的新挑战。 重点掌握 现代传感器的基本组成以及各部分的软硬件平台特点和需求。 掌握制约传感器性能提升的瓶颈以及相应的设计需求。 了解GPS的系