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关于定位系统的研究

第1章绪论 (1)

1.1研究背景及意义 (1)

1.2国内外研究现状 (2)

1.3研究内容及安排 (5)

第2章电磁定位系统的组成及原理 (6)

2.1电磁定位系统的基本组成结构 (6)

2.2交流式和直流式电磁定位系统 (6)

2.3本章小结 (8)

第3章电磁定位算法分析 (9)

3.1电磁定位系统中方位和坐标的描述 (9)

3.2六自由度电磁定位传统算法 (10)

3.3六自由度电磁定位传统算法的改进 (14)

3.4欧拉角算法 (15)

3.5四元数法 (19)

3.6本章小结 (22)

第4章电磁定位系统方案设计 (23)

4.1电磁定位系统设计要求 (24)

4.2电磁信号发射部分 (25)

4.3电磁信号接收传感器及信号放大部分 (27)

4.4A/D转换电路 (31)

4.5处理运算部分 (33)

4.6软件方案设计 (38)

4.7本章小结 (41)

结论 (43)

致谢 (44)

参考文献 (45)

第1章绪论

1.1研究背景及意义

虚拟现实技术，简称VR技术，是利用计算机模拟从而产生一个三维空间的虚拟世界，提供给使用者关于听觉、视觉、触觉等感官的模拟[1]，让使用者产生身临其境的感觉，可以没有限制的、及时的观察三维空间内的事物。当使用者进行位置移动时，计算机可以迅速进行复杂的运算，将精确的三维世界影像传回，从而产生强大的临场感、真实感。要实现虚拟现实技术的实际应用，首先要让计算机感知使用者在虚拟空间中所处的位置，包括距离和角度等，所以说定位技术是虚拟现实技术中的重要组成部分之一。目前的定位主要有超声式、光电式和电磁式等几种技术。

超声式定位系统是利用不同的超声波到达某一特定位置的相位差或是时间差来实现对目标物体的定位和跟踪的，但其会因超声波的反射、辐射或空气的流动造成误差，另外，它的更新频率较低，而且要求超声发射器和超声接收传感器之间没有阻挡。这些因素限制了超声定位的精度、速度和其应用范围。

光电式定位系统是通过对目标物体上特定光点的跟踪和监视来完成运动定位和捕捉任务的。对于空间中的某一点，只要它能同时为两摄像头所见，则根据同一时刻两摄像头所拍摄的图像的不同，可以确定这该点在空间中的位置。光电式定位的主要缺点也是其受视线阻挡的限制，此外，由于其需要对图像进行分析处理，计算量比较大，对处理速度要求较高。

电磁式定位系统最早出现于20世纪70年代，系统主要由电磁发射部分和电磁接收传感器及信号数据处理部分组成。在目标物体附近安置一个由三轴相互垂直的线圈构成的磁场信号发生器，磁场可以覆盖周围一定的范围，接收传感器也由三轴相互垂直的线圈构成，其可以检测磁场的强度，并将检测的信号经处理后送到数据处理部分，信号处理部分经过处理计算就能得出目标物体的六个自由度，即它不但可以获得目标物体的位置信息，还可以获得其角度姿态信息，这些定位信息在实际中是十分重要的。另外，电磁式定位系统的突出优点就是不受视线阻挡的限制，可以在空间中自由移动。但是电磁式定位也有缺点，它易受周围电磁环境的干扰，且对金属物体较为敏感。

电磁式定位系统由于不受视线阻挡，也广泛应用于医疗导航、生物力学、运动

分析和飞行员头盔定位等领域中。

电磁式定位系统因其独特的优点，以及在虚拟现实和其它方面中的更加广阔的应用前景，目前世界各国都十分重视，现已成为无线定位技术研究的热点。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

国外的虚拟现实系统十分完善，在电磁式定位系统方面，美国、日本等国的一些大公司在很早以前就投入了大量资金研究该领域，现在已经开发出具有实际应用价值的定位设备和定位系统。其中最为著名的是美国的Polhemus公司和Ascension公司的电磁式定位系统。这两个公司的产品分别采用了交流式电磁定位系统和直流式电磁定位系统实现。

Polhemus公司成立于1969年，它的产品主要包括Fastrak系列、Patriot系列、Liberty系列和G4系列等，其中典型产品是Fastrak系列，它采用DSP作为处理器，可在120Hz的刷新频率下工作，延迟仅4ms，可以通过USB或RS-232接口将数据传送至主机。其有效工作范围是4—6英尺，超过10英尺后系统的性能会下降。在有效工作范围内的静态位置准确度为0.76mm，静态角度准确度为0.15°。另外，公司的最新产品G4系列，是一种便携性的产品，采用无线通信，它可以通过扩展发射信号源的数量，实现在较大的范围内的跟踪定位。其公司主要产品应用于医疗导航、生物力学、运动分析、虚拟现实和目标跟踪等方面。图1-1为该公司的一款产品。

图1-1 Polhemus公司的3Space Fastrak实物

Ascension公司成立于1985年，它的产品主要包括Flock of Birds系列、dirveBAY系列、trakSTAR系列、medSAFE系列和BIRD系列等，其中典型产品是Flock of Birds系列，它可以实现全方位角度的跟踪。采用USB接口向主机传送数据，每个传感器最高能达到每秒240HZ的刷新频率。有效工作范围是78cm，在有效工作范围内的静态位置准确度为是2.5mm，静态角度准确度是0.5°。其公司主要产品应用于医疗导航、虚拟现实和目标跟踪等方面。尤其是在医疗导航领域中，其前端接收传感器可以做的非常小，仅有几毫米大小，在医疗手术中应用非常广泛。另外，由于该公司生产的直流式电磁跟踪产品不易受周围金属物体的影响，因而BIRD 系列产品也广泛应用于军事领域中飞行员头盔定位。图1-2为该公司的一款产品。

图1-2 Ascension公司的Flock of Birds产品实物

由此可见，美国等国的一些大公司在电磁定位方面起步很早，技术较为成熟，定位精度较高，定位范围较大，发展也很全面，现已形成大量实用商业产品，应用领域非常广泛。

1.2.2 国内研究现状

近年来，我国在虚拟现实技术上发展速度很快，并且取得了一些成就，开发出了一些虚拟现实系统，其也具有一些实际应用价值。但是，在电磁式定位系统方面的研究才刚开始不长时间，与国外的发达国家相比，我国在定位技术方面的差距还十分巨大。目前，一些电磁式定位相关的研究已经逐步开始，一些高等院校机构等也开始在这一领域中研究。

目前，北京理工大学在电磁定位系统的研究、开发和应用方面在国内较为领先。其中刘越、王涌天、徐彤、阎达远等推导出了用于虚拟现实的六自由度的电磁定位系统的一种传统算法[2]及其改进算法[3]，并提出球坐标校正方法[4]，研制出一种虚拟现实系统的手位定位设备，通过采用光纤传感器来测量手指的弯曲角度，并利用交流式电磁定位系统来测量手掌的空间位置[5]。另外，还将虚拟现实系统中的六自由度的电磁定位系统应用在医学图像领域中，并对图像的配准和融合进行了三维重构[6]，提出一种利用直流信号作激励的直流式电磁定位系统，还推导了六自由度的电磁定位算法和滤波相关算法，并设计了系统的结构。

解放军理工大学近几年对于电磁定位系统也做了很多较为深入的研究。杨杰、陈彬等人对六自由度的电磁定位系统的大角度区域误差进行了理论研究[7]，并且还对其提出了一种校正方法，对其进行了验证。汪莹、陈彬、殷勤等人还利用数字信号处理器设计了一种对感应天线接收到的模拟信号进行采集并处理的方案[8]，其较好的解决了系统中的信号的时序匹配问题，很准确地得到了系统的接收信号，从而提高了系统的定位精度[9]。另外，他们还对六自由度的电磁定位系统的位置参数求解算法提出了一种改进[10]，并对系统的远场模型[11]和大角度区域误差[12]进行了一定的修正。

北京交通大学的李雪丽等人研究了电磁式头盔瞄准/显示系统[13]，对于电磁定位定位系统提出了一种基于四元数的电磁定位算法。

综上所述，目前国外的虚拟现实系统比较成熟，电磁式定位技术的发展也比较完善，现在已经开发出了各种电磁式定位的商业产品，但是其售价都非常昂贵。而国内的虚拟现实系统起步较晚，尤其是支撑虚拟现实系统的基础技术之一的电磁式定位技术的研究才刚刚起步，目前仅有少数实验室模型机，在实用商品方面仍就是一片空白。所以，研制电磁式定位系统，对于填补我国电磁式定位方面的空白，促

进我国定位技术的发展是十分重要的。

1.3 研究内容及安排

一个完整的电磁定位系统包括电磁定位算法、电磁定位硬件平台搭建及电磁定位软件平台搭建等几方面。由此，本文主要对电磁定位系统做了深入研究，主要包括以下几点：

（1）研究电磁定位系统的基本组成结构和分类，包括交流式电磁定位系统和直流式电磁定位系统。

（2）根据电磁学理论和线形代数等相关数学知识，研究分析电磁定位系统的定位算法，包括六自由度电磁定位传统算法及其改进算法、欧拉角算法和四元数算法等。

（3）设计电磁定位系统的基本结构方案，给出各个模块的硬件单元组成电路，并设计系统的软件方案，画出程序各部分的详细流程图。

本论文共分五章，内容安排如下：

第一章介绍电磁定位系统的研究背景及意义，分析国内外发展现状，阐述本文的研究意义。

第二章分析电磁定位系统的组成及原理，研究交流式和直流式电磁定位系统的不同及各自的优缺点，并确立本文的研究对象。

第三章对于电磁定位系统中的核心算法，做研究分析，进行推导计算，其中包括六自由度电磁定位传统算法及其改进算法、欧拉角算法和四元数算法。

第四章针对电磁定位系统，提出自己的设计方案，设计系统的硬件结构与软件流程。

第五章全文总结。

第2章电磁定位系统的组成及原理

2.1 电磁定位系统的基本组成结构

电磁定位系统主要是利用电磁场、电磁波对跟踪目标进行定位的。它的基本组成结构如图2-1所示。电磁定位系统主要由数据处理与控制部分、电磁信号发射部分、电磁信号接收部分和电磁定位算法等组成。

数据处理与

控制部分

信号发射

部分

信号接收

部分

电磁定位算法

图2-1 电磁定位系统组成

首先，由数据处理与控制部分产生控制信号，控制信号发射部分，信号发射部分主要是一正交的三轴线圈，受控制信号控制，三轴线圈分时工作，向空间辐射电磁场。信号接收部分也由正交的三轴线圈构成，负责接收空间中的电磁场信号，并经过A/D转换后将数据传入数据处理与控制部分，经过电磁定位算法将数据解算出目标物体的位置姿态信息。

信号接收部分由三个线圈组成，分三个时段接收电磁场信号，这样最后就得到9组数据，组成了一个333的矩阵。这9组中包含了目标物体足够的信息，可以用电磁定位算法解算出目标物体的位置姿态信息。

2.2 交流式和直流式电磁定位系统

电磁定位系统根据发射磁场使用的驱动电流的种类不同，可以分为两类：交流电磁定位系统和直流电磁定位系统。

2.2.1 交流式电磁定位系统

交流电磁定位系统[14]

是使用交变的电磁场来确定目标物体方位的系统，信号发射部分的作用是向三个相互垂直的线圈分时发送一定的较低频率的正弦电流信号，同时向接收电路提供相位参考信号。信号接收部分的作用是利用三个相互垂直的线圈对感应到的交流信号进行幅度的测量与相位的判决，主要是与参考信号同相或者反相，然后将测量幅度和相位判决的结果输出给A/D 转换电路。最后，采样后的数字信号经过传输电路送入到数据处理与控制部分进行计算处理得到目标物体的定位信息。图2-2表示了交流式电磁定位系统发射时序。

图2-2 交流式电磁定位系统发射时序

交流电磁定位系统的主要优点是定位的距离较远，在没有外界干扰的情况下，定位精度较高。它的缺点主要是易受周围环境中金属物体的干扰[15]，原因是交变的电磁场会在金属物体的表面产生涡流效应，从而扭曲了目标物体周围的磁场，对于测量产生误差，导致交流式电磁定位系统所计算出的目标物体的位置和方向与实际不符。

2.2.2 直流式电磁定位系统

直流式电磁定位系统的信号发射部分也是由三个相互垂直的线圈组成的，不同的是它发射的是具有一定幅度的直流脉冲信号，因而在空间中会产生一串脉冲磁场，所以系统的周围的金属物体只会在直流脉冲信号的下降沿和上升沿产生涡流效应，而在电流的平稳阶段不会产生涡流效应，因此，这样可以有效的消除涡流效应对系统产生的影响，所以直流式电磁定位系统对金属物体的抗干扰性相比交流式要

X 轴

Y 轴

Z 轴

更好一些。图2-3表示了交流式电磁定位系统发射时序。

图2-3 直流式电磁定位系统发射时序

直流式电磁定位系统的优点是对金属物体不敏感，并且无需电磁信号接收部分的相位判决电路，因为电磁信号感应出的电流的正负便可以表示该感应电流的方向，这样也就简化了系统的电路结构。它的缺点主要是定位的距离与交流式相比相对较近，同时，由于需要测量周围环境中的固有磁场，它需要多测量一组周围环境中磁场数据，共需要得到12组数据，这样增加了测量时间，在一定程度上降低了整个系统的工作频率[16]。

2.3 本章小结

本章主要对电磁式定位系统进行了分析，研究了电磁式定位系统的基本组成结构和工作原理。并分析了交流式电磁定位系统和直流式电磁定位系统各自的不同特点。针对两者的特点，本文将主要设计制作一直流式电磁定位系统。

X 轴

Z 轴

Y 轴

第3章电磁定位算法分析

3.1 电磁定位系统中方位和坐标的描述

电磁定位系统中目标物体的方位可以描述为目标物体相对于发射器坐标之间的矩阵变换。图3-1给出了目标物体接收传感器和发射源坐标之间的相对关系。

图3-1 物体位置、姿态示意图

以O （x ，y ，z ）点的发射器为坐标基准建立一个直角坐标系O-xyz ，目标物体位于图3-1中的O r

（x r

，y r

，z r

)点，该点在O-xyz 坐标系中的位置坐标是（x ，y ，z ），如果采用球坐标系则可表示为（ρ，α，β）。目标物体上的坐标系为O r -x r y r z r 。过O r 点建立一个与基准坐标系O-xyz 平行的坐标系，则目标物体的姿态表述为相对于这个坐标系的三个相继的转角为ω、ξ和?。三个转角可以如下定义：首先，绕X 轴旋转的角度为ω，称之为水平角；而后，绕Y 轴旋转的角度为ξ，称之为俯仰角；最后是绕Z 轴旋转的角度为?，称之为横滚角。并将转动角度的符号作如下的规定：从其坐标轴指向的方向的反方向看去，如果旋转方向是顺时针，则该角度为正，逆时针则为负。

这样，目标物体的空间方位用位置坐标（x ，y ，z ）或（ρ，α，β），和姿态角坐标（ω，ξ，?）来表示。

x y

O(x r ，y r ，z r )

x r

y r

x r

3.2 六自由度电磁定位传统算法

3.2.1 电磁定位系统中的磁场感应

由电磁场相关理论[17]可知，一个由电流源激励的发射线圈，在空间产生的电磁场的大小和方向可以由相关的计算公式求得，另一个位于电磁场中的接收线圈，会感应到这个磁场信号。根据两个线圈相对的位置关系，可以分为共面和共轴两种情况，根据空间中磁偶极子的磁场分布可得：共面耦合系数为共轴耦合系数的一半。另外，如果磁场的共轴耦合系数为正，那么当这两个线圈同时绕各自的轴心旋转180°，这时，它们的共面耦合系数则为负。

图3-2 磁场感应关系示意图

现考虑一个特殊的相对位置，即发射器和接收传感器如图3-2所示的关系，两坐标系正对时的情况，图中的y 轴和y r 轴平行，z 轴和z r 轴平行，x 轴和x r 轴共线。

在图中所示的对应关系下，位于O 点的发射器在O r 点感应的磁感应强度为：

2P N IA B μπρ

（3-1）

4T N IA B μπρ

（3-2）

式中下标T 和P 分别表示相对于发射器产生的磁场的法向方向和径向方向的磁感应强度矢量。0μ为真空中的磁导率，为一常数；N 为发射线圈的匝数；I 为发射线圈中电流的大小；A 为发射线圈的面积。

y y r

z x r

z r

3.2.2 电磁定位传统算法

根据电磁式定位系统的基本组成结构和工作原理，现定义位于O 点的三轴电磁发射线圈产生的发射矢量矩阵为

01000

100

1f ??

??=??????

（3-3）

坐标系O-XYZ 经过水平转角α和俯仰转角β的坐标转换后，使坐标系旋转到如图3-2所示的关系。这时，三轴电磁发射线圈的等效发射磁场变为f 1。

10f T T f βα=

（3-4）

其中T α、T β为旋转矩阵

cos sin 0sin cos 000

1T αα

αα

α??

?=-??????

（3-5）

cos 0sin 0

10sin 0cos T ββββ

β-????=??????

（3-6）

由磁场感应关系，距离三轴电磁发射线圈f 1为ρ的位置f 2处的磁感应强度为

2131

1/200

1/2C f f ρ??

??=-????-?? （3-7）

即

213

f Sf ρ

（3-8）

为了判断实际目标物体的姿态角，为求出目标物体相对于三轴互相垂直的电磁信号发射器的实际姿态角，而不是经过俯仰角β和水平角α的坐标旋转后的相对姿态角，所以需要将f 2做水平角-α和俯仰角-β的坐标变换，使目标物体的坐标系平行于发射源的坐标系，即

32f T T f αβ--=

（3-9）

式中的T α-和T β-分别为T α和T β的逆矩阵。

在此基础上，为求解姿态角ω、ξ和?，根据姿态角的定义，f 3经过姿态角转换得到实际接收到的磁场感应矢量f 4，其转换关系为

f T T T f ?ξω= （3-10）

其中T T T ?ξω、、为三个方向余弦阵:

cos sin 0sin cos 00

01T ωω

ωω

ω??

?=-??????

（3-11）

101cos sin 0sin cos T ξξξξ

ξ??

??=????-??

（3-12）

cos 0sin 0

10sin 0

cos T ??

?-??

??=??????

（3-13）

从式（3-11）到式（3-13）的矩阵矢量变换，给出了于三轴电磁发射源与目

标物体接收到感应磁场间的相互变换关系。通过这些关系，便可解算出目标物体的空间方位的位置坐标（ρ，α，β）和姿态角坐标（ω，ξ，?）。

（1）求解距离ρ：将矩阵f 2展开，可表示为

203cos cos sin cos sin 11sin cos 0221

cos sin sin sin cos 2

22C f f αβαββα

ραβαβ

β?

-??

??=-??????

---????

（3-14）

矩阵f 2的Z 轴所接收到磁感应矢量的模的平方P （z ）为

61()sin cos 4C P z ββρ??=+ ???

（3-15）

根据图3-1，由勾股定理可得

sin Z

βρ

（3-16）

cos X

βρ

（3-17）

将上述两式带入可得

2281

()4

4C P z X

Y Z ρ??=+

+ ???

（3-18）

同理，各坐标轴之间的关系是等价的，所以，X 轴和Y 轴经过相似的转换关系可以获得公式

281

()44C P y X

Y Z ρ??=++

???

（3-19）

2811

()4

4C P x X

Y Z ρ?

?=+

（3-20）

又因为X 、Y 、Z 和ρ之间有如下关系

Y Z

++= （3-21）

将式（3-19）、式（3-20）与式（3-21）相加可得

[]26

2()()()3

P x P y P z ρ

（3-22）

其中：P （x ）、P （y ）、P （z ）分别为目标物体中X 、Y 、Z 轴探测值的模的平方，由上式可求得三轴电磁发射源与目标物体之间的距离ρ。

（2）求解α和β：由

403C

f T T T T T S T T f ?ξωβαβαρ--??

=???? （3-23）

取

44(4/)T

F C f f ρ=

（3-24）

f 4是目标物体上直接测得的磁场数据，是一个已知量，所以式(3-24)右边的矩阵可以从目前已知的数据中直接计算出来，即矩阵F 的各项是已知数据，于是可以得到

2313

arctan

F F α= （3-25）

33sin (1)/3F β=-

（3-26）

由此可以解算出α和β。（3）求解ω、ξ和?：

当求解出α和β时，矩阵f 3也可以求得，取

43A T T T f f ?ξω-==

（3-27）

则等式右边的矩阵为已知量，矩阵A 可以求得，于是有

2333arctan(/)A A ξ= （3-28） 1211arctan(/)A A ω=

（3-29）

1311arctan(cos /)A A ?ω=- （3-30）

这样完成了目标物体的空间方位的位置坐标（ρ，α，β）和姿态角坐标（ω，ξ，?）的解算。

3.3 六自由度电磁定位传统算法的改进

当x 轴发射电磁信号时，理想情况下，y r 轴和z r 轴所接收到的电磁信号的大小是相同的。所以，接收信号的333矩阵中存在冗余数据，由于本系统需要对接收信号进行A/D 转换及处理运算，如果多接收与处理一轴的数据，会大大增加数据的

读取与处理的时间，从而降低系统的实时性。

因此，在此改进算法中同样以三轴电磁发射线圈作为电磁信号的发射源，选择x 轴和z 轴来作为目标物体接收传感器可以接受数据的两轴，而y 轴没有接收到数据，通过接收到的六个数据可以获得目标物体的姿态信息。

求解姿态角ω、ξ、?时的公式有所变化

1211arctan(/)A A ω= （3-31） 1311arctan(cos /)A A ?ω=-

（3-32） 22arccos(/cos )A ξ?=

（3-33）

这样也完成了目标物体的空间方位的位置坐标（ρ，α，β）和姿态角坐标（ω，ξ，?）的解算。

3.4 欧拉角算法

欧拉角用移动的坐标系相对于参考坐标系依次绕三个不同的坐标轴转动的三个角度，来描述它们之间的方位关系，这三个角度被称为欧拉角。

图3-3 欧拉角示意图

任何一个坐标系O-XYZ 与另一个参考坐标系O-X Y Z '''的相对方位关系可以由一组三个欧拉角进行表示。由一个坐标系O-XYZ 到另一个坐标系O-X Y Z '''的变化是通

Z ’

Y ’

X ’

过如图3-3所示的三次连续转动来实现的。第一次的旋转绕X 轴转动，并将转过的角度称之为横滚角ω；第二次的旋转绕新Y 轴转动，并将转过的角度称之为俯仰角ξ；第三次的旋转绕新的Z 轴转动，并将转过的角度称之为方位角?。这一组角（ω、ξ、?）便是欧拉角，如图3-3所示。

欧拉角来描述一个刚体在三维的欧几里得空间中的取向。对于任何一个参考系，一个刚体的取向是依照顺序是通过在这个参考系中做三个欧拉角的旋转而设定的。所以，刚体的取向可以用三个基本的旋转矩阵来决定。这三个旋转矩阵即为三个方向余弦阵

cos sin 0sin cos 0001T ωω

ωω

ω??

?=-??????

(3-34)

1101

cos sin 0

sin cos T ξξξξξ????=????-?? (3-35)

cos 0sin 0

10sin 0cos T ??

?-??

??=??????

（3-36）

欧拉角广泛地被应用于量子力学中的角动量研究和经典力学中的刚体研究等。欧拉角算法

[18]

在电磁定位系统中一种常用算法。

电磁信号发射坐标系O-XYZ 与电磁信号接收坐标系O-X Y Z '''之间的位置坐标关系，可以用由发射坐标的原点，指向接收坐标的原点的矢量R

来表示

R u R =?

（3-37）

式中u

为矢量R 的单位指向矢量：123u u u u ??

??=??????

对于单位矢量 1231u u u ++=

（3-38）

R 为发射天线与接收天线之间的距离。

而目标物体的姿态信息可以用一组欧拉角ω、ξ和?描述。

将发射线圈的磁场矢量用矢量A

表示

?A A A

（3-39）

其中

A m ISn ==

（3-40）

A 可表示磁矢量的大小，I 为线圈中的电流大小，S 为线圈的面积，n 为线圈的匝数。

根据法拉第电磁感应定律，在距离原点的矢量（r ，α，β）处的磁感应强度为

2cos sin ??(

)4A A B r

r μ

ααπ

?+? （3-41）

将等式右边第二项分解并合并同类项可得

3cos ??(

)4A A B r

?-? （3-42）

令4K μπ

，且?r

u =

，则 33(3)K

K B A uA u M A

r r

=--=-

（3-43）

式中3T M I uu =-

，称M 为位置变换矩阵。

根据电磁定位系统工作原理，电磁信号发射天线由三个相互垂直的线圈组成，它们分时发出三个不同磁场矢量A ，接收天线也由三个相互垂直的线圈组成，可以在上面共产生九个电磁感应分量，所以一共可以得到九个相互独立的数据。三个线圈可以得到三个磁场感应方程，现将它们合并为一个矩阵方程式为

K Y HMX r

（3-44）

其中，Y 是333的接收矩阵，X 是333的发送矩阵，H 是姿态变换矩阵，其由三个方向余弦阵组成，用来确定目标的姿态角（ω，ξ，?）。

将式(3-44)进行矩阵的相关变换后可得

()()K M

---= (3-45)

对上式两边同乘以单位位置矢量u

可得

222

4(3)(3)T T K K K M u I uu I uu u u r

r r

=--=

（3-46)

即得

64()()K u YX

u r

--=

（3-47）显然，单位位置矢量u

是矩阵1

()()D YX

--=关于特征值2

4K r

λ=

的特征向

量。矩阵D 可以写为

211213221

122236

1323

31333()()31333313u u u u u K K D YX

u u u u u r

u u

u u u --??

==-

+??

??+?

（3-48）

由线性代数

[19]

知识可知，矩阵的迹等于其主对角线上各元素和，可求的矩阵D 的迹

222

1122331236

6()(131313)K K tra D D D D u u u r

=++=+++++=

（3-49）

从而得到

112233

)

r D D D =++ （3-50）

1122336

42()3

K D D D r

λ=

（3-51）

由此，求解出发射器与接收传感器之间的距离r 。在求得D 的特征值后，便可求得D 的特征矢量u

。这样完成了目标物体位置的计算。

由式（3-44）可得

H YX

--=-

（3-52）

其中，1

332

T M

I uu I uu

-=-=- 。

所以可以求得姿态变换矩阵H ，并将其中的转换成姿态角（ω，ξ，?）

1211arctan(/)H H ω=

（3-53） 13arcsin()H ξ=-

（3-54） 2333arctan(/)H H ?=

(3-55)

这样完成了发射器与接收传感器之间位置坐标与姿态坐标的解算。

3.5 四元数法

四元数是复数的推广，是复数的不可交换延伸。它将复数的虚数单位由一个推广到三个，四元数就代表着一个四维空间，相对于复数为二维空间，四元数可以用如下的式子表示

q = q 0 + q 12i + q 22j + q 32k

其中，q 0、q 1、q 2、q 3为实数，i 、j 、k 为虚数单元。

四元数[20]的乘法满足分配率和结合律，但不像实数或复数那样，它的乘法不满

足交换率

a 2i = i 2a ，a 2j = j 2a ，a 2k = k 2a ， i 2i = j 2j = k 2k = i 2j 2k = -1，

i 2j = -j 2i = k ，k 2i = -i 2k = j ，j 2k = -k 2j = i

复数为两个变量，可以表示一个刚体在平面中的转动情况，而用四元数有四个变量，所以可以表示一个刚体在空间中的转动情况。根据欧拉转动定理：一个刚体通过某一固定的点，从空间某一坐标旋转到另一坐标的变化，相当于刚体绕通过固定点的某一轴（称之为欧拉轴或是特征轴）的一个有限的角度的旋转运动。单位四元数就是把绕某一特征轴的旋转运动，看作是刚体的姿态运动。但实际中，四元数只有三个参数是相互独立的，反映了绕一个固定点三个自由度的刚体运动，用有四个参数的单位四元数来描述刚体的姿态，它受到一个约束条件的限制：q 02

+q 12

+q 22

+q 32

=0。

由前述的电磁定位系统中的磁场感应关系：共面耦合系数为共轴耦合系数的一半。取对角阵

100

1/200

1/2H ??

??=-????-?? 目标物体的空间方位用位置坐标（r ，α，β）和姿态角坐标（ω，ξ，?）来表示。取P 为跟踪矩阵，其由两个方向余弦阵T α、T β组成，来确定目标的位置角（α，β）。取A 为姿态变换矩阵，其由三个方向余弦阵T ?、T ξ、T ω组成，来确定

卫星定位系统简介学习资料

卫星定位系统简介

卫星定位系统简介卫星定位系统即全球定位系统（Global Positioning System）。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。全球定位系统（GPS）是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。一、常用术语 1.坐标（Coordinate)有二维和三维两种表示。 2.路标（Landmark or waypoint)

GPS内存的一个坐标值. 3.路线（Route) 路线是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标之间的线段叫一条腿。 4.前进方向（Heading) GPS没有指北针的功能，静止不动时是不知道方向的。 5.导向（Bearing） 6.日出日落时间(Sun set/raise time) 7.足迹线(Plot trail) 二、构成由三部分构成：地面控制部分(由主控站、地面天线、监测站和通讯辅助系统组成)、空间部分(由24颗卫星组成,分布在6个道平面上)、用户装置部分(主要由GPS接收机和卫星天线组成)。 1.空间部分 GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成，它位于距地表20 200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗），轨道倾角为55°。此外，还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码，一组称为C/ A 码（ Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ；一组称为P 码（Procise Code 10123MHz),P 码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。

北斗卫星定位系统工作原理

北斗卫星定位系统工作原理北斗卫星定位系统是全球卫星定位系统的一种，他工作的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当北斗卫星行为系统的卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。北斗卫星定位系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于30 0m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0. 1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，

其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见北斗卫星定位系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。工作原理1 北斗卫星定位系统接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及北斗卫星定位系统信息，如卫星状况等。北斗卫星定位系统接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精

河北省卫星定位综合服务系统介绍

河北省卫星定位综合服务系统介绍河北省卫星定位综合服务系统是河北省地理信息局负责，同时与河北省气象局、河北省环境地质勘察院、中国人民解放军66240部队本着降低系统建设成本、资源互补、共建共享的原则合作建设的重点项目。整个系统基准站网络、数据处理中心、用户应用系统、数据通信等四个子系统组成。系统一期于2008年10月开始在河北全省范围内安装GNSS（Global Navigation Satellite System, 全球导航卫星系统）连续运行参考站接收机及天线，形成由32个参考站组成的统一网络；二期加密工程于2011年6月启动，12月底完成，彻底实现了网络RTK服务的全省覆盖。系统完成了控制中心（数据处理中心）的服务器假设、GNSS数据管理、分析计算、基准站与国际IGS站以半年为周期的定期联合解算、对外播发软件的安装测试、防火墙、磁带库、磁盘阵列的安装调试等包括网络在内的一系列工作，并开发了基于Webd的Internet公众服务等应用软件等。系统建成后，与传统RTK的比较优势如下： 1) 扩大了流动站与基准站的作业距离，且完全保证定位精度。 2) 常规RTK的测量准确度1cm+lppm·D中的lppm·D的概念取消了，在控制的测区范围内始终可以达到1—2cm左右。 3）对于大范围内GPS测量，用户无需布设控制网及架设自己的基准站，不仅减少建立基准站时不可避免的误差，节省了设备和作业时间，而且使费用大幅度降低。 4）改进了OTF初始化时间，提高了作业效率。 5) 提高了定位的可靠性，确保了定位质量。 6) 可以进行实时定位，又可以进行事后差分处理； 7) 应用范围更广泛，可以满足各种控制测量、水运工程测量、疏浚定位、施工放样定位、变形观测、工程监控、船舶导航、生态环保以及城市测量与城市规划等。该系统所建设的覆盖全省域的连续运行GNSS基准站系统将作为“数字河北” 空间数据基础设施重要组成部分，构筑河北省空间数据采集的基准参考框架；将会改变目前地理空间信息资料现势性差、难以满足城市管理需要的被动局面，为实时动态的进行数据更新采集提供基础保障。同时可用于工程测量、城市规划、航空摄影测量、地籍和房地产测量、建设用地勘测定界测量、土地利用动态检测、车辆管理系统建设、公交、交通系统中的导航监控、港口管理和进港引导、GNSS精确授时、GNSS大气参数测定、农业生产管理等等多个行业领域。河北省卫星定位综合服务可以满足城市规划、国土管理、城乡建设、基础测绘、灾害监测、环境监测、防灾减灾、精细农业及交通管理等多种相关现代化、信息化管理的需求，为政府及有关部门的科学决策提供可靠依据；同时满足社会日益迫切的动态定位需求，发挥极大的社会效益和经济效益。不但可以解决低水平的重复建设的局面，大大降低建设和管理成本，也可尽早为河北省的经济建设提供有力的地理信息基础保障。测点坐标后处理根据用户提供的待测点静态观测的数据（以不少于45分钟为宜），求取待测点的高精度CGCS2000坐标。通常可以采用两种方式：一种是和周边若干个领近基准站联测，求取待测点的多基线解；另外一种是利用待测点旁的虚拟参考站的虚拟观测值，求取待测点短基线的单基线解。这对无线通讯信号无法覆盖或通讯信号弱及其它导致网络RTK无法得到固定解的情况，是一个非常有益的补充。高等级控制网的数据处理

雷电监测定位系统

雷电监测定位系统ADTD 雷电探测仪用户手册中国科学院空间科学与应用研究中心ADTD雷电监测定位系统课题组二○○四年十月

目录页号一、概论 2 1.1 ADTD 雷电探测仪的工作原理 2 1.2 雷电监测定位系统的构成 3 1.3 雷电探测仪的结构 4 二、ADTD 雷电探测仪的技术功能指标 11 2.1 每个雷电探测仪布站配置 11 2.2 雷电探测仪布站连接简图 11 2.3 雷电探测仪的主要技术指标 11 三、雷电探测仪的安装 13 3.1 安装场地要求 13 3.2 安装基座 13 3.3 探头供电 13 3.4 探头接地 13 3.5 通讯标准及波特率17 3.6 探头与中心数据处理站间的通信 17 3.7 通讯电缆 18 3.8 探头的安装及水平调节 18 3.9 探头NS磁场天线环方位的调整 18 3.10 探头的初次通电 22 3.11 探头的密封 22 四、雷电探测仪运行设置和操作 23 4.1 DIP开关的设置 23 4.2 探头的运行方式 25 4.3 探头的数据输出及帧格式 25 4.4 自动自检 28 4.5 探头命令 28 4.6 CPU板、PDL板以及电源/接口板上的LED灯的涵义 39 五、雷电探测仪维修 41 5.1探头的检修维护 41 2维修程序设置及测试终端连接 44 5.3探头故障修理 47

一、概论 1.1 ADTD 雷电探测仪的工作原理 ———闪电物理特性，探测原理，处理技术大量的气象观测、卫星探测仪以及很多国家的电学测量等综合分析表明，全球在任一时刻都有上千个雷暴在活动，大多数发生在较低纬度地区，但两极地区也时有发生。由于雷电在现代生活中，仍然威胁着森林、引燃火工品、造成人员的伤亡，对航天、航空、通讯、电力、建筑等国防和国民经济的许多部门都有着很大的影响。因此各国都很重视雷电的研究与防护。闪电可以分为：云闪（包含云与云、云与空气、云放电）、云地闪、诱发闪电、球闪等多种，其中对地面设施危害最大的是云地闪电。云地闪电又可以细分为：正闪（正电荷对地的放电）和负闪（负电荷对地的放电）。目前，闪电探测仪主要用来探测云地闪，并且能区分正负极性。一次闪电的放电过程如下所述：云层荷电形成电分布—初始击穿—梯级先导—联结过程—第一回击—K过程—J过程—直窜先导—第二回击—………。闪电的放电过程中最重要的是回击过程，因为回击的电流大，辐射的电磁场强，是形成故障造成危害的主要原因。回击的放电特征参量为： 1.回击的放电时间：指回击发生时的自然时间。 1.闪电的回击数：每次闪电的回击次数。 1.回击发生的位置：回击通道取垂直分量在地面或者在目标上的投影。 1.回击的电流值：指回击电流波形的峰值。 1.回击电流波形陡度最大值：指回击放电过程中单位时间电流变化的最大值，它反映了闪电回击放电最剧烈时的状况。 1.回击波形前沿持续时间：指回击电流波形中，从2KA到峰值电流的过渡时间。 1.放电电荷：指每次回击放电所释放出的电荷，即电流对时间的积分。闪电监测定位系统从理论上讲，其核心是通过几个站同时测量闪电回击辐射的电磁场来确定闪电源的电流参数。Maxwell方程组和特殊路径上的传播影响，将两者联系起来。高精度雷电定位系统将测量每次回击放电辐射的电磁脉冲的下列参量： *回击的放电时间

GPS定位信息显示系统毕业论文

GPS定位信息显示系统毕业论文目录第1章 GPS简介及基本理论 (1) 1.1 关于GPS的概述 (1) 1.2 GPS的组成 (3) 1.3 GPS信号结构 (6) 第2章方案论证 (8) 2.1 单片机的选择 (8) 2.1.1 AT89C51 (8) 2.1.2 AT8051 (8) 2.2 显示器的选择 (9) 2.2.1 LED动态显示扫描方式 (9) 2.2.2 LED静态显示扫描方式 (10) 2.3 GPS接收板的选择 (10) 第3章硬件电路设计 (11) 3.1 单片机最小系统介绍 (12) 3.1.1 所用单片机引脚介绍 (12) 3.1.2 复位电路 (14) 3.1.3 时钟电路 (15) 3.2 显示电路 (16) 3.2.1 LED显示器结构 (16) 3.2.2 LED显示器工作原理 (17) 2.2.3 LED显示器驱动电路 (17) 3.3 GPS模块与处理器接口电路 (18) 3.4 存储器电路 (19) 3.5 GPS模块串口电路 (20) 3.6 电源电路 (22)

第4章软件部分设计 (23) 4.1 GPS25-LVS的信息输出格式 (23) 4.2 主程序设计 (24) 4.3 单片机的信息接收处理 (26) 总结 (28) 致谢............................................... 错误!未定义书签。参考文献 (29) 附录1：总图 (31) 附录2：部分源程序 (32)

第1章 GPS简介及基本理论 1.1 关于GPS的概述 GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Position System的字头缩写词(NAVSTAR/GPS)的简称。它的含义是，利用卫星的测时和测距进行导航，以构成全球卫星定位系统。现在国际上已经公认：将这一全球定位系统简称：GPS。自古以来，人类就致力于定位和导航的研究工作。1957年10月世界上第一颗卫星发射成功之后，利用卫星惊醒定位和导航的研究工作提到了议事日程。1958年底，美国海军武器试验室委托霍布金斯大学应用物理实验室研究美国军用舰艇导航服务的卫星系统，即海军导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System—NNSS）。这个系统中，卫星的轨道通过地极，所以又称为子午仪卫星导航系统(Transit)。1964年1月用于北极星核潜艇的导航定位研究成功，并逐步用于各种军舰的导航定位。1967年7月，经美国政府批准，对其广播星历解密，并提供民用，为远洋船舶导航和海上定位服务。由此显示出了卫星定位的巨大潜力。尽管子午仪卫星导航系统已得到广泛应用，并显示出巨大的优越性，但是，这系统再实际应用方面却存在十分严重的缺陷。改系统是由5－6个卫星组成的导航网。卫星运行高度较低（平均约1000km），运行周期为107分钟。对同一个卫星每天通过次数最多为13次。由于采用多普勒定位原理，一台接收机一般需要观测15次合格的卫星通过，才能达到±10M的单点定位精度，再全球围，它给出的定位信息只能是全天候的连续二维坐标——经度和纬度，不能给出高程。这种系统，一方面由于所需的观测时间较长，不能给用户，尤其是高动态用户（如：飞机、车辆等）提供实时和导航服务；另一方面，由于卫星导航较低，受大气影响严重，定位精度的提高受到限制，因而限制了高动态用户和高精度用户的使用。对舰船而言，利用这个系统只能对惯性导航系统和其他无限电导航系统进行连续的精确修正，它的作用远不能满足全球实时定位

毕业论文《GPS无线定位系统研究与分析》设计

摘要摘要随着我国经济的迅速发展,过人消费水平也呈现了飞速增长,汽车的数量也随着迅速增加,我国GPS车辆定位系统市场现在已经进入规模发展时期,本文对GPS 汽车定位系统运用到的技术理论基础作出了详细的介绍,兵非别提供了GPS定位车载终端的硬件和软件的具体设计方案. GPS即全球系统定位,它是一个中距离圆形轨道卫星定位,可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时间基准.GPRS是在GSM的系统基础上引入新的部件而构成的无线数据出传输系统.它的基本功能是在移动终端,GPRS网内以及和Internet网络的路由器之间传输分组数据,根据现代智能交通系统的实际需求,本文设计了一种基于GPRS的车载卫星定位系统,系统采用单片机作为处理器,通过GPRS网络建立无线通信链路,把车载移动终端的GPS定位信息传到Internet 网上的服务器,实现在线实时检测车辆行驶各类信息,实现了控制中心实时检测车辆行驶状态,完成了车辆定位的目的关键词:GPS车辆定位:全球定位系统:导航定位

ABSTRACT ABSTRACT As China’s rapid economic development people also rapid consumptiom growth in the number of vehicles has increased as rapidly. GPS vehicle location system in China has now entered the scale of the market development period this article on the use of GPS vehicle positioning system technology theroy to make a detailed on the use of GPS vehicle positioning system technology theory to make a detailed introduction, and each vehicle terminal provides GPS positioning of specific hardware and software design. GPS or global positioning system it is a middle-distance circular orbit satellite positioning system most parts of the earth’s su rface can provide accurate positioning and high precision time base. GPRS in the GSM system is based on the introduction of new components which consititute the wireless data transmission system。Its basic function is in the mobile terminal。GPRS networds and Internet networks within and between the router packet data transmission According to the actual modern intelligent transportation systems this paper designs a GPRS-based vehicle positioning system he system uses single chip as the processor through the GPRS network to establish wireless communication link the mobile terminal’s GPS location info rnmation transmitted online Internet server to achieve real-time monitoring online traffic infornmation of all types to achieves a real-time monitoring traffic control center in the state completed a vehicle positioning purposes. KEY WORDS:GPS vehicle location :Global Positioning System :Navigation

北斗卫星导航系统定位原理及应用

xxxx导航系统定位原理及其应用北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约20ns。。北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 2000年10月31日； 2000年12月21日； 2003年5月25日， 2007年4月14日，第三、四颗是备用卫星。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥?双保险?作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。北斗二代卫星定位系统的英文为Compass（即指南针），在ITU登记的无线电频段为L波段。北斗一号系统的基本功能包括：定位、通信（短消息）和授时。北斗二代系统的功能与GPS相同，即定位与授时。其工作原理如下： ?北斗一号?卫星定位系出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标

基于wifi的室内定位系统毕业设计论文

本科毕业论文题目基于wifi的室内定位系统

摘要本文设计及实现了一个基于WiFi 射频信号强度指纹匹配的移动终端定位系统，并设计实现了一种基于权重值选择的定位算法。该算法为每个扫描到的AP 的RSSI 设定了选择区间，指纹库中落在此区间的所有位置点设平均权值，最后选取权重值最大者为待定位点的位置估计，如有相同权重值，则比较信号强度距离，取最小者，这种算法在一定程度上克服了RSSI 信号随机抖动对定位的影响，提高了定位的稳定性和精度。经实验测试，此系统在 4 米范围内具有良好的定位效果。可部署在展馆、校园、公园等公共场所，为客户提供定位导航服务。定位算法运行于服务端，客户端为配备WiFi 模块的Android手机。借助该定位系统，基于Android系统的移动终端可方便地查询自身位置，并获取各种基于位置服务。关键词: 接收信号强度；无线室内定位；射频指纹；Android 操作系统

Abstract This paper designs and implements an indoor location system based on WiFi for mobile user with Android handset. A locating arithmetic based on Weight-Select is introduced to filter the random noise of RSSI. For each location in Radio Map, a weight is set if the RSSI of the AP scanned is in the interval preset. Then max-weighted location or the min-RSSI-distance among them will be selected as the estimated position. According to experiments, 4-metre locating precision is available. It can be used for locating and navigating in such scene as exhibition center, campus, park, and so on. Users equipped with Android handset could get its location and some intelligent services. It is also an open and extensible system. Some locating arithmetic also could be tested on this system. Key words:Received Signal Strength, Wireless Indoor Locating, Radio Map, Android Operating System 第一章绪论 (6) 1.1关于位置信息确定的意义及方法 (6) 1.1.1位置信息确定的意义及方法 (6)

基于WIFI定位系统的研究

基于WIFI定位系统的研究互联网普及的时代，人们的生活已经越来越离不开网络，WiFi作为一种流行的无线网络技术，在各行各业得到广泛的应用，它不仅满足了人们日常的生活需求，而且也促进了较多行业的发展，尤其是WiFi定位系统的研究，带来了更多人性化、个性化的服务。标签：WiFi定位；无线网络；室内定位系统引言 WiFi（Wireless Fidelity）因其移动性好，扩展能力强，投资费用低等原因应用广泛，特别是在一些临时构建、布线困难或是环境变化频繁的场合。目前常见的有红外线技术、扩频通信以及窄带微波等。其中，红外（IrDA）技术，是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其工作原理与电视遥控装置类似；扩频通信具有很好的抗干扰性和保密性，因而广泛应用于军事通信。窄带微波是指使用微波无线电频进行数据传输，其带宽刚好能够容纳信号，可分为免申请执照和申请执照的窄带RF。 1 无线网络的组建无线网络的组建形式主要有全无线网、无线结点接入有线网和两个有线网通过无线方式相连三种。 1.1 全无线网较适用于还没有建网的用户，由于无线网卡的作用范围有限，所以在网上合适的位置通常还应增设无线中继站，以扩大辐射范围。全无线网可组成自主无线和多区无线两种形式。（1）自主无线网。由一个BSS构成，不与其它有线或无线网络发生联系，如图1所示。（2）多区无线网（Infrastructure Network）。通过无线接入点AP把多个BSS 互连起来。如图2所示，所有的BSS组合称为扩展服务集（Extended Service Set，ESS）。 1.2 无线结点接入有线网通常是在有线网中接入无线网中继器，无线网结点可以通过无线网中继器与有线网相连。 1.3 两个有线网通过无线方式相连

北斗卫星导航系统测量型终端通用规范(预)要点

北斗卫星导航系统测量型终端通用规范（预） 2014.08.14 1 范围本标准规定了北斗卫星导航系统测量型终端（以下简称北斗测量型终端）的技术要求、检验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等。本标准适用于利用载波相位观测值进行静态测量、后处理动态测量、RTK测量的北斗测量型终端的研制、生产和使用。 2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 ?GB/T 191 包装储运图标志 ?GB/T 2828.1—2003 计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 ?GB 4208—2008 外壳防护等级（IP代码） ?GB/T 4857.5 包装运输包装件跌落试验方法 ?GB/T 5080.1—1986 设备可靠性试验总要求 ?GB/T 5080.7—1986 设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案 ?GB/T 5296.1—1997 消费品使用说明总则 ?GB/T 6388 运输包装收发货标志 ?GB 9254—2008 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法 ?GB/T 9969—2008 工业产品使用说明书总则 ?GB/T 12267-1990 船用导航设备通用要求和试验方法 ?GB/T 12858-1991 地面无线电导航设备环境要求和试验方法 ?GB/T 13384—2008 机电产品包装通用技术条件 ?GB/T 15868—1995 全球海上遇险与安全系统（GMDSS）船用无线电设备和海上导航设备通用要求、测试方法和要求的测试结果 ?GB/T 16611—1996 数传电台通用规范 ?GB/T 17626.3—2006 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 ?GB/T 19391—2003 全球卫星定位系统（GPS）术语及定义 ?GB/T 20512 GPS接收机导航定位数据输出格式

室内定位系统毕业设计论文

本科毕业论文题目基于wifi的室内定位系统 XX 学生姓名 X 学号电子信息工程专业 X 班级 XX 指导教师 2012年4月

Galileo卫星导航定位系统及其应用研究

武汉大学硕士学位论文 Galileo卫星导航定位系统及其应用研究姓名：柳景斌申请学位级别：硕士专业：大地测量学与测量工程指导教师：王泽民;程鹏飞 20040402

伽利略（Ｇａｌｉｌｅｏ）计划是由欧洲空间局和欧洲联盟共同发起的一项空间信息基础设施建设计划。旨在建设一个全球卫星导航定位系统（ＧＮｓｓ）一Ｇａｌｉｌｅｏ系统。本文首先系统介绍了目前的几种卫星导航定位系统，分析了它们各自的优缺点以及Ｇａｌｉｌｅｏ系统建设的必要性，详细介绍了Ｇａｌｉｌｅｏ系统的星座参数设计、。频率设计、地面控制设施的配置、Ｇａｌｉｌｅｏ系统提供的服务以及系统建设的现状等。本文以自行编制的“卫星导航定位仿真演示系统”为基础，分析了地面监测站对Ｇａｌｉｌｅｏ卫星定轨和钟差确定的影响以及在我国境内布设若干个Ｇａｌｉｌｅｏ地面核心监测站的必要性、可行性，并给出了在我国布设Ｇａｌｉｌｅｏ地面核心监测站的数量和分布的具体建议。本文还进行了与Ｇａｌｉｌｅｏ／ＧＮＳＳ的应用相关的一些基础研究。首先系统地介绍了评价卫星星座对绝对定位精度影响的理论及方法，定义了各类ＤＯＰ值以定量描述卫星几何图形强度因子，以各类ＤＯＰ值作为主要评价指标，分析了卫星星座设计对导航定位精度的影响，并与ＧＰＳ系统比较，证明了Ｇａｌｉｌｅｏ系统的星座设计的先进性。利用Ｇａｌｉｌｅｏ系统的四个载波观测值，可以形成诸多有良好特性的组合观测值，本文对用Ｇａｌｉｌｅｏ系统的相位组合观测值进行导航定位应用的模型进行了初步研究，介绍了四个频率进行组合的一般理论，在保持组合观测值模糊度的整周特性的前提下，得到了两组具有良好特性且有实用价值的组合观测值。关键词：伽利略系统；全球卫星导航定位系统：ＧＰＳ；组合观测值：误差分析：地面监测站；几何图形强度因子

北斗GPS卫星导航系统建设方案

北斗GPS卫星导航系统建设方案贵州迪辰安信科技发展有限公司二〇一三年五月

目录目录 (2) 第一章建设背景 (4) 第二章北斗GPS卫星导航系统简介 (7) 2.1、什么北斗卫星导航系统 (7) 2.2、北斗卫星定位原理 (8) 2.3、北斗卫星工作原理图 (8) 2.3、北斗GPS卫星导航技术指标 (9) 第二章系统设计原则 (10) 第三章系统总体设计 (11) 3.1系统架构 (11) 3.2 技术架构 (12) 3.3 平台运行环境配置 (13) 3.4 服务端程序平台 (13) 3.5 GPS数据接入公安内网 (14) 3.6 北斗GPS监控客户端功能设计 (14) 3.7系统安全 (19) 第四章项目实施 (21) 4.1实施进度 (21) 4.2实施和验收方法 (21) 4.2.1项目的实施 (21) 4.2.2项目的验收 (21) 4.3项目管理及质量控制 (22) 4.3.1项目责任制 (22) 4.3.2项目质量控制 (22) 第五章运行维护体系 (23) 5.1系统的维护 (23) 第六章经费预算 (24) 6.1 硬件配置及费用预算 (24)

6.2 软件系统费用预算 (24)

第一章建设背景 1. 概述随着我市城市建设规模的扩大，车辆日益增多，交通运输的经营管理和合理调度，警用车辆的指挥和安全管理已成为公安、交通系统中的一个重要问题。过去，用于交通管理系统的设备主要是无线电通信设备，由调度中心向车辆驾驶员发出调度命令，驾驶员只能根据自己的判断说出车辆所在的大概位置，而在生疏地带或在夜间则无法确认自己的方位甚至迷路。因此，从调度管理和安全管理方面，其应用受到限制。北斗GPS定位技术的出现给车辆、轮船等交通工具的导航定位提供了具体的实时的定位能力。通过车载GPS接收机使驾驶员能够随时知道自己的具体位置。通过车载电台将GPS定位信息发送给调度指挥中心，调度指挥中心便可及时掌握各车辆的具体位置，并在大屏幕电子地图上显示出来。目前，用于公安、交通系统的主要是车辆GPS定位与无线通信系统相结合的指挥管理系统。 2. 车辆GPS定位管理系统车辆GPS定位管理系统主要是由车载GPS自主定位，结合无线通信系统对车辆进行调度管理和跟踪。已经研制成功的如车辆全球定位报警系统，警用GPS 指挥系统等。分别用于城市公共汽车调度管理，风景旅游区车船报警与调度，海关、公安、海防等部门对车船的调度与监控。监控中心部分的主要功能有：?数据跟踪功能。将移动车辆的实时位置以贞列表的方式显示出来。如车号、经度、速度、航向、时间、日期等

云南综合卫星定位服务系统

云南省综合卫星定位服务系统管理与使用暂行办法第一章总则第一条为加强测绘基准管理，规范云南省综合卫星定位服务系统（简称YNCORS）的管理、使用和服务，保障测绘地理信息事业为我省经济建设、国防建设和社会发展服务，根据《中华人民共和国测绘法》、《云南省测绘条例》等法律法规，结合我省实际，制定本办法。第二条在本省行政区域内管理、使用YNCORS系统应当遵守本办法。云南省测绘地理信息行政主管部门（云南省测绘地理信息局）对YNCORS系统实行统一管理。负责全省2000国家大地坐标系导航定位服务和使用管理；负责全省性和跨州（市）的应用服务和协调管理；负责YNCORS系统的更新升级统筹与协调工作。由云南省基础测绘技术中心负责YNCORS系统省级中心的运行维护、应用服务和业务办理。州（市）测绘地理信息行政主管部门负责本行政区内基准站及其附属设施的管理，负责本州（市）基准站和控制中心的日常运行维护，负责本州（市）CORS系统地方坐标导航定位服务和使用管理，并对用户进行监管；负责按

照云南省测绘地理信息局的统筹安排开展本州（市）CORS 系统的更新升级工作。第二章运行维护第三条YNCORS系统是维持云南省统一的现代大地坐标系统与空间框架的重要基础设施，是全省唯一、权威、标准、动态的定位基准服务网。第四条云南省基础测绘技术中心负责省级控制中心正常运行和日常数据服务，对州（市）CORS系统运行维护进行技术指导和培训。（一）建立健全技术管理、设备管理、系统维护、数据管理、客户服务等管理制度；对全省CORS系统运行状态进行监督，对非正常运行情况及时通知所在地区的管理单位，尽快修复并告知用户。（二）原则上提供2000国家大地坐标服务，确需其他坐标系定位服务的须通过论证后，报请云南省测绘地理信息局批准。（三）充分利用长期观测数据，定期进行基准解算分析，为建立云南省永久性动态框架基准提供理论依据；通过技术手段，实时监测基准站的稳定性。对发生自然灾害等导致的不稳定性，要在24小时内求解基准站坐标变化值，编制变化分析报告报云南省测绘地理信息局。

计算机在煤矿监测监控及人员定位系统的作用

计算机在煤矿监测监控及人员定位系统的作用随着计算机信息化的不断发展，计算机信息技术在煤矿企业的应用已经越来越广泛，不仅提高了煤矿生产率，改善了安全生产状况，也为煤矿企业带来了巨大的经济效益。本文主要从煤矿安全环境监测监控系统、人员定位系统、人员考勤定位子系统三方面进行了分析和介绍。标签：计算机煤矿安全生产监测监控系统计算机信息技术，是煤炭安全生产监控中最基本的应用，也是提升煤炭生产安全水平、强化煤炭安全监督的技术革命和管理革命。由于我国目前煤炭资源比较紧缺，而且我国的煤矿企业安全生产工作的基础比较薄弱，与世界先进国家煤矿企业的差距还很多。这样严峻的安全生产问题造成了不良的社会影响和严重的环境危害，成为社会不稳定的因素。同时我国严峻的煤矿企业安全生产形势引起了国际社会的广泛关注，直接影响着我国的对外贸易与国际形象。由于传统的生产技术和管理监督体系的落后，所以长期以来，我国的煤炭生产安全事故问题一直没有得到有效的控制，而煤矿的煤炭瓦斯爆炸，透水事件等恶性事故的频繁发生，给国家和人民造成严重的威胁和生命财产的损失。为了从根本上改变以往落后的传统安全管理模式，就把计算机信息技术应用到煤炭生产监控中，把煤炭安全监督管理正式归入信息化现代化的轨道。同时计算机信息化的不断发展，世界各国开始将数字计算机应用于煤矿企业，采用计算机网络技术，全面实现全矿井生产和安全系统的综合监测、监视与控制，大大提高生产效率，改善企业安全生产状况，取得了巨大的效果。 1 煤矿安全环境监测监控系统 1.1 煤矿安全环境监控监测系统构成根据煤矿安全监测系统组成的概念，可以把监测监控系统功能分为两种，一是，检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数，即我们说的”测”；二是，根基检测的参数去控制安装、报警装置、生产设备和执行机构能，即“控”。煤矿安全系统一般只是监测生产过程，在监测的安全参数达到生产显示的极限值时，声和光报警就会及时输出，所以此类系统被称为监测系统；而一些简单的开关量控制，如断电和闭锁等，一般参与的系统称之为监测监控系统。煤矿安全系统包含测控分站级和中心站级，而生产监测控制系统层次上一般又分为两级或者三级管理的计算机集散系统。每个测控分站负责内容不同，传感器信号和采集执行机构，实现了采集和控制分散；数据的处理、储存、传输归中心站负责，从而实现了集中的管理。而两者和计算机网络之间实现传输信道的是通过通信、传感器到监控分站的数据传输、测控分站到执行装置信号的传输。煤矿监测系统一般包括地面中心站，井下工作站和传输系统三个系统组成。

基于单片机的GPS定位系统设计毕业论文

基于单片机的GPS定位系统设计毕业论文目录中文摘要 (1) ABSTRACT (2) 第一章绪论 (5) 1.1 课题背景及意义 (5) 2.1 GPS全球定位系统简介 (6) 2.2 GPS信号接收方案选择 (10) 2.3 GPS接收模块的研究 (10) 2.4 总体方案的设计 (11) 第三章基于单片机的GPS硬件电路设计 (12) 3.1 基于单片机的GPS硬件电路总体结构 (12) 3.2 基于单片机的GPS定位信息显示系统设计硬件电路简介 (12) 3.2.1 STC89C52简介 (12) 3.2.2 SiRF Star II GPS信号接收模块 (16) 3.2.3 12864液晶显示模块介绍 (18) 3.3 基于单片机的GPS硬件连接介绍 (20) 第四章基于单片机的GPS软件设计 (21) 4.1 NMEA-0183数据格式 (21) 4.1.1 输入语句 (21) 4.1.2 输出语句 (22) 4.2 基于单片机的GPS定位系统软件开发环境―Keil uVision2 (24) 4.2.1 8051开发工具 (24) 4.2.2 uVision2集成开发环境 (25) 4.2.3 编辑器和调试器 (26) 4.2.4 测试程序 (27) 4.2.5 Keil C编译步骤 (27) 4.3 基于单片机的GPS软件设计思路 (30) 第五章系统调试与实验结果 (31)

5.1 硬件调试 (31) 5.2 软件调试 (32) 第六章总结 (32) 参考文献 (33) 附录 (34) 致谢 (66)

第一章绪论 1.1 课题背景及意义 1978年2月22日第一颗GPS试验卫星的入轨运行，开创了以导航卫星为动态已知点的无线电导航定位的新时代。GPS卫星所发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的空间信息资源。陆地、海洋和空间的广大用户，只要持有一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收机，就可以全天时、全天候和全球性地测量运动载体的七维状态参数和三维状态参数。其用途之广，影响之大，是任何其他无线电接收设备望尘莫及的。不仅如此，GPS卫星的入轨运行，还为大地测量学、地球动力学、地球物理学、天体力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学提供了一种高精度、全天时、全天候的测量新技术。纵观现状，GPS 技术有下述用途。 1.GPS技术的陆地应用 GPS技术在陆地上的开发应用可以体现在许多方面，如：各种车辆的行驶状态监控；旅游者或旅游车的景点导游；应急车辆（如公安、急救车等）的快速引导行驶；高精度时间比对和频率控制；大气物理观测；地球物理资源勘探；工程建设的施工放样测量；大型建筑和煤气田的沉降检测；板运动状态和地壳形变测量；陆地以及海洋大地测量基准的测定；工程、区域、国家等各种类型大地测量控制网的测量和建设；请求救援在途实时报告；引导盲人行走；平整路面的实时监控，精细农业。 2.GPS技术的海洋应用