GPSONE定位原理

1、2010年8月 GPSONE定位原理1定位业务定义 定位业务是指通过移动运营商的移动通信网络，采用相关定位技术，定位业务是指通过移动运营商的移动通信网络，采用相关定位技术，结合结合GISGIS系统，通过手机等设备，确定移动用户的实际位置，并以短信、系统，通过手机等设备，确定移动用户的实际位置，并以短信、彩信、彩信、WAPWAP、客户端、客户端、WebWeb软件等多种方式将位置呈现给用户的增值服务软件等多种方式将位置呈现给用户的增值服务（Location-basedServiceLocation-basedService，LBSLBS） 日本日本NTT NTT ：i-areai-area中国联通

2、：关爱之星中国联通：关爱之星中国移动：手机地图中国移动：手机地图20122012年将达到年将达到38.2438.24亿元！亿元！现有的定位技术分类3定位定位技术技术蜂窝蜂窝天线天线定位定位卫星卫星定位定位GPS定位定位方法方法GPSONE混合定位混合定位基于基于网络网络的定的定位位基于基于移动移动台的台的定位定位传统传统GPS定位方法定位方法差分差分GPS定位定位DGPS网络辅助网络辅助GPS定位定位AGPS基于距离基于距离的定位算的定位算法法基于时间基于时间的定位算的定位算法法上行链路信号到达时间方法上行链路信号到达时间方法TOA高级前向链路三角定位方法高级前向链路三角定位方法AFLT基站定

3、位方法基站定位方法CELL ID基于时间基于时间的定位算的定位算法法下行链路增强观测时间差方法下行链路增强观测时间差方法E-OTD下行链路空闲周期观测时间差方法下行链路空闲周期观测时间差方法上行链路信号到达时间差方法上行链路信号到达时间差方法U-TDOA普通GPS定位GPS系统由24颗通讯卫星、地面控制平台和用户端GPS终端三部份组成地面控制平台向卫星播发星历等数据GPS终端接收卫星信号并进行计算处理，得出经纬度后在电子地图上显示传统的GPS定位技术在户外运转良好，但在室内或卫星信号无法覆盖的地方效果较差，而且如果所在位置上空没有3颗以上的卫星，那么系统就无法从冷启动状态实现定位。特点：特点：

4、 过于依赖终端性能，即将卫星扫描、捕过于依赖终端性能，即将卫星扫描、捕获、伪距信号接收及定位运算等工作集于获、伪距信号接收及定位运算等工作集于终端一身、终端耗电等方面的缺陷。终端一身、终端耗电等方面的缺陷。 在在GPSGPS信号接收环境极为恶劣的城市中信号接收环境极为恶劣的城市中心、地下停车场等无法进行定位，或定位心、地下停车场等无法进行定位，或定位误差较大。误差较大。 首次获取位置信息时间较长。首次获取位置信息时间较长。GPS位置算法原理四个方程式中待测点坐标x、 y、 z 和Vto为未知参数，其中di=cti (i=1、2、3、4)di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1卫星4到接收机之

5、间的距离，ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1卫星4的信号到达接收机所经历的时间。c为GPS信号的传播速度（光速）四个方程式中各个参数意义如下：x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供，Vto为接收机的钟差。 由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方

6、向以及运动速度和时间信息。差分GPS定位DGPS差分定位，是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，即将一台GPS接收机安置在已知坐标的基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离修正信息，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行误差修正。差分定位通常用于移动物体对于固定位置的精确定位，如飞机与跑道或轮船与港口等。GPSGPS定位误差：定位误差： 卫星钟误差、星历误差、大气误差卫星钟误差、星历误差、大气误差 传播延迟误差传播延迟误差 GPSGPS接收机内部误差接收机内部误差辅助

7、GPS定位AGPS特点：特点： 在定位精度、定位灵敏度、终端在定位精度、定位灵敏度、终端耗电及启动速度方面比传统耗电及启动速度方面比传统GPSGPS均均有显著提高。有显著提高。 每次定位时间间隔较长（每次定位时间间隔较长（15S15S） 网络需要进行改造，增加位置服网络需要进行改造，增加位置服务器等设备务器等设备 室内等卫星信号不好的地方依然室内等卫星信号不好的地方依然无法定位无法定位AGPS手机首先将本身的基站地址通过网络传输到位置服务器 位置服务器根据该手机的大概位置传输与该位置相关的GPS辅助信息到手机 该手机的AGPS模块根据辅助信息有目标的去接收GPS原始信号手机在接收到GPS原始信

8、号后解调信号，计算手机到卫星的伪距和有关信息通过网络传输到位置服务器 位置服务器根据传来的GPS伪距信息和来自其他定位设备（如差分GPS基准站等）的辅助信息完成对GPS信息的处理，并估算该手机的位置 位置服务器将该手机的位置通过网络传输到手机或应用平台 移动基站定位CellId定位系统根据用户在网络内所处的小区或基站，标识终端位置。终端有可能在小区内的任何位置，因此定位精度完全取决于小区的大小特点：特点：成本低、定位误差受环境影响成本低、定位误差受环境影响200200米米 几公里，几公里，在效区或农村基站分布较少地带无法定位或定位误差太大在效区或农村基站分布较少地带无法定位或定位误差太大通过通

9、过网络侧采集用户当前所在的基站网络侧采集用户当前所在的基站Cell信息以获取用户当前位置信息以获取用户当前位置采集的基站信息包括采集的基站信息包括位置更新、呼叫处理、短消息传送等更新、呼叫处理、短消息传送等不需要大规模更换设备，成本低不需要大规模更换设备，成本低CDMA三角定位AFLT优点：优点： 在城市基站密度较高，在地下停车场，高架桥下及高楼大厦林立等GPS定位困难的区域，CDMA三角定位精度较高。缺点：缺点： 在农村或郊外CDMA三角定位因无线基站稀少精度较差。 需要增加位置计算服务器位置计算服务器根据手机信号可以获知手机在与哪些基站联系，并可以查询到这些基站的经纬度位置计算服务器利用C

10、DMA终端接收到不同基站发出的信号到达该终端的时间差，通过定位算法计算经纬度其他蜂窝电话网络如GSM/GPRS也有类似自定位技术，但由于CDMA是唯一全网同步（通过GPS）网络，因此定位精度最高。混合定位GPSONE美国高通公司将AGPS定位及CDMA三角定位(基站定位）功能嵌入到CDMA终端芯片之中将上述两种定位技术进行了有机的融合，形成了独步全球移动定位市场的gpsOne混合定位技术 辅助模式（辅助模式（MS-ASSITEDMS-ASSITED） 利用服务器计算位置的混合定位利用服务器计算位置的混合定位 基本模式（基本模式（MS-BASEDMS-BASED） 抛弃抛弃GPSGPS，纯粹的基

11、站定位，需服务器支持，纯粹的基站定位，需服务器支持 独立模式（独立模式（STANDALONESTANDALONE） 抛弃基站，纯粹的抛弃基站，纯粹的GPSGPS定位，可不要服务支持定位，可不要服务支持 上述三种模式可以通过调整手机芯片中上述三种模式可以通过调整手机芯片中APIAPI接口函数的输入参数来调整接口函数的输入参数来调整GPSONE定位的三种模式：GPSONE的特点q定位精度高：定位精度高： 平均定位精度为平均定位精度为5 - 50米。米。q定位灵敏度高：在有定位灵敏度高：在有CDMA信号覆盖的地方均可定位。且信号覆盖的地方均可定位。且 gpsOne系统的基础设施辅助设备提供了比常系统

12、的基础设施辅助设备提供了比常规规GPS定位高出定位高出20dB的灵敏度。的灵敏度。q定位方式多：定位方式多： 采用无线网络辅助采用无线网络辅助GPS定位和定位和CDMA三角运算三角运算定位混合定位模式，农村、郊区通过定位混合定位模式，农村、郊区通过GPS定位，定位，室内、地下停车场、高楼林立等室内、地下停车场、高楼林立等GPS定位困难定位困难时采用时采用CDMA三角辅助定位和基站定位。三角辅助定位和基站定位。q占用网络资源少：采用触发式定位，高可靠性传输。占用网络资源少：采用触发式定位，高可靠性传输。q终端应用成熟：全球已超过终端应用成熟：全球已超过1亿部亿部gpsOne终端（高通公司数终端（

13、高通公司数 据）。据）。q未来未来3G网络的主流定位技术。网络的主流定位技术。各种定位技术的比较GPSONEGPSONEGPSGPS移动基站定位移动基站定位精度依赖于呼叫环境，精度为5-50米（从开阔天空到城市峡谷地带）依赖于呼叫环境，精度为5-200米（从开阔天空到城市峡谷地带）依赖于呼叫环境，精度为200米几公里（从城市到农村）全国漫游可以可以不可以占用网络资源定位时占用实时占用定位时占用灵敏度极好，在高阻挡环境中也能可靠定位灵敏度较低，有阻档时性能较差或无法工作很好终端功耗低连续跟踪，功耗高低可靠性高不同的传统模式可靠性有差异受环境限制连续定位间隔几秒十几秒1秒几秒十几秒GPSONE定位

14、系统组成Base Station Transmitter基站基站PDE定位实体定位实体BSC/MSC基站控制器基站控制器移动交换中心移动交换中心LCS Client位置业务客户端位置业务客户端Mobile Station移动终端移动终端IS-801-1 MessagesWARN MessagesGPS Data StreamWARN卫星接收机卫星接收机MPC移动定位中心移动定位中心GPS基准站基准站 MPC：定位流程的控制管理中心用户鉴权、发起定位会话、短信发送 PDE：位置计算中心根据输入信息采用定位算法计算位置 LCS Clinet：位置业务客户端数据预处理、用户交互界面用户数据库用户数据

15、库PDE内部计算流程PDE内部的位置定位计算分两步：初步定位初步定位(Pre fix)(Pre fix)1，手机通过测量将服务小区和相邻小区的系统信息和前向导频相位测量信息报告给位置确定服务器(PDE)2, PDE根据手机上报的信息确定手机的大致位置最终定位最终定位(Final Fix)(Final Fix)1， PDE根据手机提供的信息计算手机所需的GPS卫星灵敏度辅助数据并提供给手机2，手机根据系统提供的辅助信息有目标的进行卫星搜索和测量3， PDE根据手机的卫星测量信息(PRM)和导频相位测量信息(PPM) 进行最终位置计算高通公司的定位算法高通公司的定位算法高通定位算法的牛X处就在于在

16、极限情况下，他可以根据1颗GPS卫星信号和1个基站信号计算出较为精确的位置；如无卫星信号，根据2个基站信号也可以算出较为精确位置；如仅1个基站信号，则是纯Cell-Id定位了。上述算法属于高通专利保护范畴，无相关说明材料调用GPSONE的方式1WAP方式调用GPSONE的方式1WAP方式1. MS通过WAP方式，并发送服务请求到LCS客户端。 2. LCS客户端通过WAP返回应答，再次向MS确认，同时向MPC发出定位请求 3. MPC向用户数据库发送鉴权信息，检查发起定位的用户及LCS客户端是否被授权。用户数据库向MPC返回鉴权结果。 4. MPC使用GEOPOSREQ消息向PDE发送定位请求

17、，PDE向MPC发送中间geoposreq消息，证实它已准备好接受来自MS的MO IS-801消息。 5. MPC向MS发送定位响应StartPositioningProcessResponse，激活MS发起IS801会话。MPC须将PDE 的IP地址、端口号等告知MS。 6. PDE与MS之间进行IS801消息交互，进行MS位置的计算。PDE在最后一条IS801消息中返回真实的定位结果。 7. 定位过程完成后，PDE使用geoposreq发送定位结果至MPC，MPC存储目标用户当前位置信息。 8. MS再次通过WAP向LCS客户端发出服务请求。 9. LCS客户端从MPC获得位置信息后通过W

18、AP返回服务信息给MS，为MS提供服务。 GPSONE调用方式2网络方式L1LCSClientMPCPDEABCMSDMO IS-801 SessionEFGHIJT1Kgeoposreq (ack)User/CP DBL1 Location RequestAuthorization CheckT17L1 Location AnswergeoposreqStartPositioningProcessResponseGEOPOSREQStartPositioningProcessRequestReturn Authorization ResultMT SMS Positioning Reques

19、tT3GPSONE调用方式2网络方式L11. LCS CLIENT通过L1接口向MPC发送定位请求 2 .MPC对LCS CLIENT和目标MS鉴权，对CP和查询发起者进行授权检查。用户数据库向MPC返回鉴权结果 3. MPC通过专用短信中心向目标MS发送一个MT SMS（移动台终止短消息）Positioning Request定位请求 4. MS向MPC发送StartPositioningProcessRequest消息，同意定位 5. MPC使用GEOPOSREQ消息向定位实体发送定位请求，PDE向MPC返回一个geoposreq消息，证实它准备接受来自MS的IS-801消息6. MPC向MS发送一个包含所用PDE地址和端口号的StartPositioningProcessResponse消息7. PDE与MS之间交互IS801消息。PDE在最后一条IS801消息中向MS发送真实的位置结果8.PDE使用geoposreq消息向移动定位中心返回定位结果9. MPC通过