北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告模板
北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
一 課題背景及研究意義
1.1 課題背景
本課題屬于實(shí)際應(yīng)用類課題。現(xiàn)如今利用基站定位移動(dòng)終端用戶地理位置的技術(shù)已十分成熟，相關(guān)的應(yīng)用和使用人群數(shù)量都十分可觀。本課題反其道而行之，創(chuàng)新性的采用利用手機(jī)定位基站位置的想法。想要完成這個(gè)課題并達(dá)到既定的目標(biāo)要求，需要涉及地面無(wú)線定位技術(shù)、移動(dòng)通信原理、Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)以及Java語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)等多領(lǐng)域?qū)W的科專業(yè)知識(shí)與技能。
1.2 研究意義
本課題旨在鍛煉研究者自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，隨著課題的深入進(jìn)展將會(huì)遇到不同學(xué)科不同層面的問(wèn)題，在設(shè)法解決這些問(wèn)題的過(guò)程中研究者可以獲取多方面的知識(shí)并進(jìn)行互相滲透，融會(huì)貫通。在鍛煉能力的同時(shí)，通過(guò)本課題最終做出的成果也有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。最終開(kāi)發(fā)出的程序可以用來(lái)獲取周邊基站的位置，獲取基站及其所屬運(yùn)營(yíng)商信息，找出不屬于傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商的私人基站或偽基站。因此通過(guò)本課題最終做出的成果也有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。
二 研究現(xiàn)狀
2.1 獲取基站位置
基站當(dāng)前定位手機(jī)基站位置的方式是利用統(tǒng)一規(guī)則給現(xiàn)有的所有基站進(jìn)行編碼，每個(gè)基站將獲得一個(gè)獨(dú)有的識(shí)別碼，稱為全球小區(qū)識(shí)別碼（CGI）。該碼用于識(shí)別一個(gè)小區(qū)(基站/一個(gè)扇形小區(qū))所覆蓋的區(qū)域。其結(jié)構(gòu)是 ：
MCC+MNC+LAC+CID ，其中各項(xiàng)代碼的具體定義為：
MCC：移動(dòng)國(guó)家碼 （中國(guó)為460）
MNC：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)碼 （中國(guó)移動(dòng)00，中國(guó)聯(lián)通01，中國(guó)電信02）
LAC：位置區(qū)號(hào)碼
CID：小區(qū)標(biāo)識(shí)碼
其中MCCMNCLAC為位置區(qū)標(biāo)識(shí)（LAI） ，CID為2Byte的`BCD碼，由各MSC自定。
通過(guò)定位技術(shù)獲取每一個(gè)基站的實(shí)際地理位置，將其與全球小區(qū)識(shí)別碼一一對(duì)應(yīng)，建立完整的基站數(shù)據(jù)庫(kù)，即可通過(guò)已知的全球小區(qū)識(shí)別碼查詢對(duì)應(yīng)基站的實(shí)際位置。目前多數(shù)獲取基站位置的應(yīng)用程序皆采用這一思路，通過(guò)手機(jī)信號(hào)獲取基站信息，再調(diào)用第三方的數(shù)據(jù)庫(kù)獲取基站的經(jīng)緯度信息，從而獲取基站的實(shí)際地理位置。
2.2 空間定位技術(shù)
現(xiàn)今最為廣泛使用的技術(shù)是GPS，即是全球衛(wèi)星定位技術(shù)。此外還有UWB（ ultrawideband，超寬帶）無(wú)線通信定位技術(shù)。
2.2.1 GPS定位原理
24顆衛(wèi)星平均分布在6個(gè)軌道面,每一個(gè)軌道面上各有4顆衛(wèi)星繞行地球運(yùn)轉(zhuǎn)，讓地面使用者不論在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間,至少有4顆以上的GPS衛(wèi)星出現(xiàn)在我們上空中供使用者使用。每顆衛(wèi)星都對(duì)地表發(fā)射涵蓋本身載軌道面的坐標(biāo)、運(yùn)行時(shí)間的無(wú)線電訊號(hào),地面的接收單位可依據(jù)這些資料做為定位、導(dǎo)航、地標(biāo)等精密測(cè)量。GPS定位系統(tǒng)是利用衛(wèi)星基本三角定位原理，方法是：已知A、B、C三點(diǎn)的距離，通過(guò)某種方式確定另一點(diǎn)P離A、B、C的距離。通過(guò)作立體圖形（球）可確定在空間中P的位置。GPS接受裝置以量測(cè)無(wú)線電信號(hào)的傳輸時(shí)間來(lái)量測(cè)距離。由每顆衛(wèi)星的所在位置,測(cè)量每顆衛(wèi)星至接受器間距離,即可算出接受器所在位置之三維空間坐標(biāo)值。使用者只要利用接受裝置接收到3個(gè)衛(wèi)星信號(hào),就可以定出使用者所在之位置。一般的GPS都是利用接受裝置接收到4個(gè)以上衛(wèi)星信號(hào)來(lái)定出使用者所在之位置及高度。
2.2.2 UWB無(wú)線通信定位技術(shù)
UWB定位技術(shù)屬于無(wú)線定位技術(shù)的一種。無(wú)線定位技術(shù)是指用來(lái)判定移動(dòng)用戶位置的測(cè)量方法和計(jì)算方法，即定位算法。目前最常用的定位技術(shù)主要有：時(shí)差定位技術(shù)、信號(hào)到達(dá)角度測(cè)量(AOA)技術(shù)、到達(dá)時(shí)間定位(TOA)和到達(dá)時(shí)間差定位(TDOA)等。其中，TDOA技術(shù)是目前最為流行的一種方 案，除了用于GSM系統(tǒng)，在其他諸如AMPS和CDMA系統(tǒng)中也廣泛應(yīng)用，UWB定位采用的也是這種技術(shù)。通常，UWB定位系統(tǒng)設(shè)定幾個(gè)定位參考點(diǎn)(根據(jù)實(shí)際需要)，以接收待測(cè)點(diǎn)(數(shù)量上百)發(fā)出的高斯脈沖信號(hào)。為了避免信號(hào)發(fā)生碰撞，每個(gè)待測(cè)點(diǎn)都 有自己的代碼序列。當(dāng)一個(gè)高斯脈沖中代碼序列被參考點(diǎn)收到時(shí)，它將在一個(gè)時(shí)間整合相關(guān)器內(nèi)與當(dāng)前產(chǎn)生的一個(gè)對(duì)照序列作比較。當(dāng)收到信號(hào)的位移與對(duì)照信號(hào)相 吻合，即出現(xiàn)一個(gè)相關(guān)高峰信號(hào)。這樣就容易判斷是否收到正確的代碼序列。處理接收到的脈沖序列得到接收時(shí)間，從而計(jì)算得到待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。
三 研究方法及內(nèi)容
3.1 定位原理
采用三角定位法。利用三臺(tái)間隔一定距離且不在一條直線上的三部移動(dòng)終端向同一站發(fā)送無(wú)線電信號(hào)，通過(guò)測(cè)量信號(hào)傳輸時(shí)間獲取距離信息，再通過(guò)幾何計(jì)算得到基站的具體位置。
具體算法如下所示，
設(shè)已知錨節(jié)點(diǎn)，即已知的三位測(cè)試者所處位置的坐標(biāo)分別為( xa, ya, za ), ( xb, yb, zb ) , ( xc, yc, zc ), 未知節(jié)點(diǎn)，即所要定位的基站位置坐標(biāo)M ( x, y, z )到錨節(jié)點(diǎn)的距離分別為da, db, dc, 則存在下列公式
( x- xa ) 2 + ( y - ya ) 2 +(z-za)2 = da2
( x- xb ) 2 + ( y- yb ) 2 +(a-za)2= db2
( x- xc ) 2 + ( y- yc ) 2 +(a-za)2= dc2
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