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1、晏潇 2801305017 15881006298王洁 2805105026 15928056616李渝 2805105001 136994417251常见手机定位方法概述【摘要】：本文简要介绍了常见的手机定位算法的原理，并详细地介谷歌地球所使用的 E-OTD 技术的实现过程。最后，本文还对这些方法的共同原理进行了总结。关键词：手机定位 E-OTD 总结1. 常用手机定位方法1.1 到达时间 TOA(Time of Arrival)定位TOA 技术原理:先测量出从移动台发出的信号到达基站 i 的时间 ，那么就可以it得到移动台与基站 i 之间的距离 (其中，c=3x108m/s，指电磁波在空气
2、中iict的传播速度) 于是，在利用到达时间进行定位的方法中，移动台位置坐标和定位基站位置坐标之间存在如下关系：22()()iiiictxy从上式可以看出，移动台的轨迹为一个以基站 i 为圆心，以它们之间的距离为半径的圆，只要我们能够得到移动台发出的信号分别到达 3 个不同定位基ic站的时间，就能确定 3 个这样的圆，它们的交点就是移动台所在的位置，通过联立求解方程组就能得到移动台的位置坐标，其原理图如图（1-1）：图 1-1 到达时间 TOA(Time of Arrival)定位原理晏潇 2801305017 15881006298王洁 2805105026 15928056616李渝 28
3、05105001 136994417252TOA 技术要求定位基站在时间上精确同步，否则定位精度将大大降低。当基站间存在 1 微秒的误差时，距离上会产生 300 米的误差。1.2 到达角 AOA(Angle of Arrival)定位到达角方法也称为到达方向方法(DOA，Direction Of Arrival)，简称DOA/AOA方法，是利用多天线阵元来测量移动台发出的信号的到达角，一个 DOA 测量值使目标移动台的位置必然处于以该测得的 DOA 画出的一条直线上，如果我们从两处不同位置上的两个天线上测得至少两个 DOA 值，那么目标移动台的位置就一定处于从这两个天线处发出的两条直线的交点上
4、，在通常情况下，利用多个测的 DOA 值来提供冗余信息可以达到提高定位精度的目的。下图显示了利用 3个天线阵来对目标移动台进行定位的原理：图 1-2 到达角 AOA(如 Angle of Arrival)定位原理令移动台的位置为（x，y） ，第 个基站的位置为 ，基站通过阵列天线测出移动i(,)ixy台来波信号的入射角 ，则基站和移动台连线的直线方程可以写为：itaniiiykx通过两个或两个以上的基站，就可得到一组方程组，他们的交点即为待定移动台的位置。这种方法不会产生二义性，因为两条直线只能交于一点。晏潇 2801305017 15881006298王洁 2805105026 159280
5、56616李渝 2805105001 1369944172531.3 到达时间差 TDOA(Time Difference of Arrival)定位到达时间差 TDOA 方法是通过测量目标移动台发出的信号到达多个接收基站的时间差来对目标移动台进行定位的方法，即各接收基站对来自同一移动台的信号作到达时间 TOA 的测量，然后将各 TOA 值传送到定位处理中心，中心根据TOA 求出各基站间的 TDOA 并计算出目标的位置坐标。到达时间差 TDOA 定位技术的基本原理是一组 TDOA 测量值确定一对双曲线，该双曲线以参与该TDOA 测量的两个接收基站为焦点，需要定位的目标移动台就在这对双曲线的某一
6、条分支上，因此，通过求由两组 TDAO 值确定的两对双曲线的交点就可以得到移动用户的精确位置，其原理图如下图所示:图 2-3 到达时间差 TDOA(Time Difference of Arrival)定位原理设基站 A、B 间距离为 b，M(x，y)为移动台的位置，移动台发射的信号到达A、B 的时间分别为 ， ，由此得到同一信号到达两个基站的时间差为：at*abt相应的距离差为： *12rct由此可列出以 A，B 为焦点双曲线方程，移动台在双曲线的一支上：晏潇 2801305017 15881006298王洁 2805105026 15928056616李渝 2805105001 13699
7、4417254221/4()/4xyrb上式是一个典型的双曲线方程，焦点为 A、B，并且确定了到达时间差为 t 的移动台位置 M(x，y)的轨迹。如果同时存在 3 个基站 A、B、C，目标移动台在同一时刻发出的信号到达这三个基站的时间分别为 。这样就可以获得两,abct个时间差： ， 于是可以确定类似(2.8)式的两组双曲线方程，联立*1abtt*2act求解两组双曲线的交点即为目标移动台所在位置 M(x，y)。图 2-4 3 个基站进行 TDOA 定位示意图1.4 增强观测时间差定位 E-OTDE-OTD 定位方法也是利用对信号传播时间差的估计来计算移动台位置的方法，与 TDOA 以方法不同
8、的是，E-OTD 使用下行链路信号来估计两个或多个基站到达移动台的时间差，由移动台测量得到的基站间信号的到达时间差称为移动台观测时间差(OTD)，当基站完全同步时，假设信号都是沿着直射路径到达移动台，根据 OTD 就可以估计出两个基站与移动台距离的差值。完全由于两个基站与移动台距离的差值引起的时间差称为地理位置时间差(GTD)，此时OTD=GTD，当基站间无法实现精确同步时，两个基站间的时钟差(RTD)就会给OTD 带来附加的时延差，此时 GTD=OTD 一 RTD，当我们获得三个以上基站相互间的 RTD 和 OTD 后，就可以利用双曲线定位方法求出移动台的位置。这晏潇 2801305017
9、15881006298王洁 2805105026 15928056616李渝 2805105001 136994417255一点和到达时间差 TDOA 方法完全相同，就不再叙述了。1.5 混合定位方法通过把以上介绍的定位方法结合起来，即采用混合定位方法来得到比仅使用一种定位方法更高的定位精度的目的。2. 定位方法原理总结几何角度看，确定空间的一个点，可以由三个或三个以上的曲面或曲线在三维空间内相交而得出。手机定位方法的基本原理就是通过对一些数据的测量，根据算法得出手机所在曲面或曲线的多个方程，然后联立这些方程，得出手机的位置。参 考 文 献【1】基于 WCDMA 蜂窝网络移动台定位技术的研究
10、常翠芝 武汉大学【2】基于网络的移动通信系统移动台定位技术研究 董海 电子科技大学【3】GSM 手机定位技术研究 朗亚东 吴娟A Brief Introduction to Common Mobile Phone Location Determination Technology晏潇 2801305017 15881006298王洁 2805105026 15928056616李渝 2805105001 136994417256Abstract：This paper gives a brief introduction to the algorithm and implementation o
11、f common mobile phone location determination technology and carefully examines the E-OTD method used by Google Earth. Finally, this paper summarizes the principle behind all these methods.Key words: mobile phone location determination technology E-OTD summary1.1TOAThe time-of-arrival (TOA) system de
12、termines the mobile phone position based on the intersection of the distance (or range) circles (Fig. 1). Since the propagation time of the radio wave is directly proportional to its Traversed range, multiplying the speed of light to the time obtains the range from the mobile phone to the communicat
13、ing base station. Two range measurements provide an ambiguous fix and three measurements determine a unique position. The same principle is used by GPS, where the circle becomes the sphere in space and the fourth measurement is required to solve the receiver-clock bias for a three-dimensional soluti
14、on. The bias is caused by the unsynchronized clocks between the receiver and the satellite. Similarly, for terrestrial-based systems, it also requires precisely synchronized clocks for all transmitters and receivers 晏潇 2801305017 15881006298王洁 2805105026 15928056616李渝 2805105001 136994417257Otherwis
15、e, a 1- s timing error could lead to a 300-m position error.Math presentation:22()()iiiictxyFig.1. Location Determination by time of arrival (TOA).1.2 AOAThe angle-of-arrival (AOA) system determines the mobile phone position based on triangulation (Fig. 2). It is also called direction of arrival in
16、some literature. The intersection of two directional lines of bearing defines a unique position, each formed by a radial from a base station to the mobile phone in a two-dimensional space. This technique requires a minimum of two stations (or one pair) to determine a position. If available, more than one pair can be u
