基站定位演算法

2021-09-02 03:00:31 字數 4809 閱讀 5200

定位技術有

兩種,一種是基於

gps

的定位,一種是基於移動運營網的基站的定位。

基於移動運營網基站定位服務又叫做移動位置服務(

lbs——location based

service

),它是通過電信移動運營商的網路(如

gsm

網)獲取移動終端使用者的位置資訊

(經緯度座標),在電子地圖平台的支援下,為使用者提供相應服務的一種增值業務

[1],

在手機上不需要增加任何功能,向運營商開通相關服務就可以實現。

本文所說的基站定位,是採用

google

的資料,在功能手機上實現的定位功能(另

一種方法是:內建基站位置資訊,然後查詢。這需要購買第三方的資料庫,並且由於運營

商的網路優化,資料會變得不準確。當然,在智慧型手機的實現那就更簡單了)。這方面的

文章網上也有不少,大多偏向於理論,將它轉化成**,還是有些內容需要自己恩考。

寫**了(如果還看不懂,就先檢視網上原理性的東東,呵呵)。

其基本原理是:

1、呼叫手機協議棧函式,獲取當前服務小區和鄰近小區的

cellid

,mnc

,mcc

,lac

,rssi

值,至少需要要

3 組。

2、通過手機的

協議,將上述小區信

息傳到google gelocation server

獲取相對應小區的經緯度。

3、根據無線電傳播路徑損

耗理**式,將

rssi

值轉化成相對應的距離。

4、運用三角形質心演算法,採用

3 組小區的

座標資訊和距離,得出手機當前的位置資訊。下面具體描述實現過程。

一、獲取服務小區和鄰近小區的相關資訊。由於手機平台的不同,呼叫的協議棧函式不

同。但必須獲得以下的資料:小區

id 號:

cellid

,流動網路號碼(用於識別移動客戶所

屬的流動網路):

mnc;移動國家號碼(用於唯一地標識移動客戶屬於的國家):

mcc;位

置區碼(用於標識不同的位置區):

lac;接收的訊號強度指示:

rssi

。根據三角形演算法的需

要,至少要

3 組小區資訊。在展訊平台中,一般情況下能夠獲得

6 組小區資訊,這給挑選可

信任度較高的資料,提供了便利。

二、通過手機的

協議,將上述小區資訊傳到

google gelocation server

獲取相對應小區的經緯度。獲取位置資訊時,必須遵照網路位置提供者協議(

network location

provider protocol)

,詳細的協議在

google

1、使用

,請求和響應的格式都是

json

,請求的內容示例如下:

, "cell_towers": [ ,

], "wifi_towers": [

, [2]

] }

其中,"version"

和"host"

欄位是必須有的,當然,裡面要求的資訊盡可能全面提供。

響應的示例如下: }

} [2]

如果請求的資料格式不正確,伺服器返回

的狀態為

400,並在響應的文字中

有詳細描述。如果請求的資料格式正確,伺服器返回

的狀態為

200。如果定位成

功,就有返回經緯度資訊;如果定位不成功,經緯度資訊就為空。2、

post

時,url

傳送時,對應的

ip 就是解析

www.google.com

得到的「74.125.71.105」

,埠:

80 4

、將上述請求的資料組織成

資料報格式,才能傳送成功。如果手機軟體本身已

經整合了

協議的相關**,這一步就省了。由於是在展訊

modem

版本的軟體上實現

此功能,

協議沒有被整合,因此必須自己組織

資料報。

資料報包含以下幾

個字段:

內容的長度

每個欄位間都要加上回車換行符,實際內容與上述字段間要加

2 個回車換行符。這些數

據組織完成,再呼叫

socket api

傳送出去就行了。

三、根據無線電傳播路徑損耗理**式,將

rssi

值轉化成相對應的距離。自由空間

無線電傳播路徑損耗模型為:

式中,d

為距信源的距離,單位為km;

f 為頻率,單位為

mhz;

k 為路徑衰減因子,範圍在2~

5 之間。對數一常態分布模型,其路徑損耗的計算公式為:

式中,xσ

是平均值為

o 的高斯分布隨機變數,其標準差範圍為4~

10;pl(d0)

,是式(1)

取d=1

時,算出的

loss

值。根據式(

1)和式(

2),得出訊號強度為:

rssi=

發射功率

(pt)+

天線增益

(pf)

一路徑損耗

(pl(d))

根據上面的理**式,推算出距離與

rssi

的關係公式:

d = 10^((pt+pf-rssi-pl(d0)-x0)/(10*k))

pl(d0) = 32.44 + 10*k*log10 (f)

,根據發射頻率算出

pl(d0)。令

a = pt + pf –x0

,則a

是一常數,距離

d 的公式變成:

d = 10^((a-pl(d0))/(10*k)) [

計算中,

k 取中間值

3] 四、計算前的單位轉換。

由於經緯度資訊單位度與根據

rssi

算出的距離公里,是不同的單位,不能直接計算,

原點換算出相對的經緯度差值,再將該差值根據刻度與實際距離的關係,換算成公里數,就

得到其它點相對原點的座標值,單位也統一成公里。地球的子午線總長度大約

40008km

,平均:緯度1度

= 大約

111km

,緯度1分=

大約1.85km

,緯度1 秒=

大約30.9m[4]

。我們知道,地球的半徑大概是

6378.137

公里,那麼經度與距離的關係如下式進行換算:

經度1

度= 2*pi *6378.137*cos(

當前的緯度

) km

五、找出可信度相對較高的三組資料。

由於距離越遠,根據

rssi

算出的距離誤會越大,我們認為可信度較高的資料就是距離

最小的資料。據此,選出距離最小的三組資料作為下面三角形質心演算法的資料。

六、運用三角形質心演算法,得出手機當前的位置資訊。三角形質心定位演算法的基本思想

是:計算三圓交疊區域的

3 個特徵點的座標,以這三個點為三角形的頂點,未知點即為三

角形質心。特徵點為e,

f,g,特徵點

e 點的計算方法為

[3]:

同理,可計算出f,

g,此時未知點的座標為

。但是二次

方程,求解過程計算量較大,將式(

3)中的方程式兩兩相減,則分別得到每條交線的直線

方程,特徵點

e 的座標則可以通過這些直線方程求解,如下三個直線方程式:

1: 2(xb-xa)xe+2(yb-ya)ye=ra*ra-rb*rb-xa*xa+xb*xb-ya*ya+yb*yb

2: 2(xb-xc)xe+2(yb-yc)ye=rc*rc-rb*rb-xc*xc+xb*xb-yc*yc+yb*yb

3: 2(xa-xc)xe+2(ya-yc)ye=rc*rc-ra*ra-xc*xc+xa*xa-yc*yc+ya*ya

根據上面算出的未知點的座標是相對於原點的公里數,先將公里數轉化成經緯度,然後再

與原點的經緯度相加,就得到了手機的位置資訊。

基於gps

的定位方式是利用手機上的

gps

定位模組將自己的位置訊號傳送到定位

後台來實現定位的,精度比較高,在空曠的地方表現優越;而在大廈內部,由於

訊號微弱,無法實現定位功能。基站定位則是利用基站對手機的距離的測算距離來確

定手機位置的,不需要手機具有

gps

定位能力,但是精度很大程度依賴於基站的分布

及覆蓋範圍的大小,本文實現的基站定位誤差在

200m

之內,在一定程度上彌補了

gps

訊號無法覆蓋區域的定位缺憾。

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