LBS定位技術

時間 2019-11-11

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LBS定位技術從方法上可分紅三類：基於三角關係的定位技術、基於場景分析的定位技術、基於臨近關係的定位技術（唐毅和楊博雄，2003）。
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本博文首先對基於三角關係的定位技術進行了介紹，並對其中的應用最普遍的表明GPS進行闡述。

1、基於三角關係的定位方法

   該技術的基本原理很簡單，能夠抽象成以下問題：已知A、B、C三個點的座標，以及該三點至D點的距離（分別是d0，d1，d2），求D點的座標。能夠列出如下公式（式1），三個方程三個未知數，能求出惟一解。這種定位技術根據測量得出的數據，利用幾何三角關係計算被測物體的位置，它是最主要的，也是應有最廣的一種定位技術。

2、GPS

GPS（全球定位系統）的空間部分使用24顆高度約2.02萬公里的衛星組成衛星星座。衛星分佈在六個中距離近圓形軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角爲55度。衛星的分佈使得在全球的任何地方，任什麼時候間均可觀測到四顆以上的衛星。

（1）爲何至少使用4顆衛星？

GPS定位的基本原理即前面提到的三角關係法。接收機接收各個衛星Si發送的消息Mi，消息Mi不只包含着衛星Si的空間座標，還包括衛星發送消息的時間Ti。接收機在接收Mi後就可根據本地接收機的時間與衛星發送消息時間之差來計算距離di：di = c*T；其中c是光速，T是時間差。然而，因爲各類緣由，包括大氣、建築物，時鐘偏差等等因素，光速c以及時間差T是具備偏差的，di的結果很不許確，所以在計算時候須要加個偏差項進行修正，而且假設各個衛星的偏差項同樣（式2）

除了空間位置三個參數，如今又多出了偏差項，共有4個參數須要求解，至少須要4個衛星才能解算（如式3所示）。

（2）當衛星數目大於4個的時候怎麼辦？

在野外開闊地區，可接收的衛星數目通常大於4顆，這時能夠採用兩種方法提升精度：1）挑選信號較強，而且並能保持良好定位解算精度的幾何圖形的4顆衛星數據進行計算，採用式3解方程便可算出結果；2）全部衛星數據都參與計算，使用最小二乘法進行求解。因爲第二種方法能顯著減少系統偏差，所以被普遍使用。算法

通常的接收機在計算位置座標時採用的是牛頓迭代法來求解非線性方程組，該法在計算時須要首先提供個初始座標，而後在此基礎上反覆迭代計算，直到知足規定的限差爲止。服務器

（3）爲何GPS第一次定位慢？

GPS接收機（如手機或導航儀等）初次定位通常比較，主要有兩個緣由：

a) 從新搜星

GPS接收機須要根據衛星的信號頻率來捕捉衛星信號，和你們收聽收音機同樣，須要知道某臺的頻率，而後調到那個頻率才能收聽。直觀上，因爲GPS衛星數目（24顆）以及各個衛星的信號頻率是已知的，所以只須要按照給定的頻率窮舉搜索便可，即每次以某一頻率搜索信號，最多搜索24次。然而，因爲多普勒效應的存在（多普勒效應指的是：當一個信號源與觀察者有相對運動時，觀察者觀察到的信號源的頻率會發生變化），GPS信號和地球的運動形成地面觀察到的GPS信號的頻率大概有正負5KHz的偏差，所以須要對正負5KHz區間內的頻率進行窮舉匹配，相對於原來對24個頻率點進行窮舉而言，這種對24個頻率區間內的各個頻率進行窮舉匹配顯然極爲耗時。

GPS接收機在首次搜索到衛星時，通常會將搜索到的衛星信號頻率等信息進行保存，稱之爲「星曆」。當GPS連續使用時候，此時星曆通常不會變化，所以無需進行搜星操做，速度會大大提升。一段星曆最多覆蓋300KM的範圍，若在A地點肯定星曆後，關機後GPS導航被移動超過300千米後，GPS導航位置處於另外一段星曆之下，此時GPS導航會從新搜星，以肯定星曆。

b)初始位置不許確

前面講過，GPS接收機計算時通常使用的是牛頓迭代法，該法須要給定初始位置，初始位置越精確，迭代收斂越快！因爲是第一次啓動，初始位置是上一次開機時保存的最後一次定位的座標，每每與如今所處的真實位置誤差較大，由此使得計算的迭代次數顯著增多，計算較慢。網絡

當連續使用GPS時能夠發現定位速度明顯變快，由於此時初始位置與實際位置較爲接近（初始位置爲上次定位的位置），計算能很快收斂，通常只需迭代兩三次。post