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本书对当前商用的定位技术进行了全面梳理和系统分析，详尽地阐述了定位技术的概念、原理和实现方法。内容源于作者对定位技术的深刻理解和广泛而深入的实践活动，包括卫星定位技术、移动互联网定位技术、WiFi定位技术和蓝牙定位技术等，并对传感器定位技术、RFID定位技术进行了阐述。

目    录
第1章  定位技术绪论	1
第2章  卫星定位技术	5
2.1  GPS系统	5
2.1.1  发展历史	5
2.1.2  运行状况	6
2.1.3  系统构成	6
2.1.4  GPS的特点	10
2.2  GLONASS系统	11
2.2.1  发展历史	11
2.2.2  系统构成	12
2.2.3  GLONASS的特点	13
2.2.4  GLONASS和GPS对比	14
2.3  Galileo系统	14
2.3.1  发展历史	14
2.3.2  系统构成	15
2.3.3  Galileo的特点	17
2.4  北斗系统	17
2.4.1  发展历史	18
2.4.2  系统构成	18
2.4.3  北斗系统的功能	19
2.4.4  北斗系统与GPS的比较	20
2.5  惯性导航与组合导航	22
2.5.1  惯性导航	22
2.5.2  组合导航	23
2.6  卫星导航及组合导航系统的应用	25
2.6.1  卫星导航系统的应用	25
2.6.2  组合导航系统的应用	26
2.7  GPS接收机的认识和使用	28
2.7.1  实验目的	28
2.7.2  GPS接收机的工作原理	28
2.7.3  GPS接收机简介	30
第3章  GPS定位基本原理及误差分析	36
3.1  伪距测量	37
3.1.1  伪距测量原理	38
3.1.2  伪距法绝对定位原理	39
3.2  载波相位测量	40
3.2.1  载波相位测量原理	40
3.2.2  载波相位测量的观测方程	41
3.3  差分GPS定位原理	42
3.3.1  单基准站差分	43
3.3.2  局部区域差分	46
3.3.3  广域差分	46
3.3.4  多基准站RTK技术	48
3.4  GPS定位误差的来源及其影响	50
3.4.1  主要定位误差的分类	50
3.4.2  与卫星自身部分相关的误差	51
3.4.3  与信号传播相关的误差	52
3.4.4  与接收设备有关的误差	55
3.5  星历预报	56
3.5.1  GPS卫星星历	56
3.5.2  TGO星历预报	59
3.6  GPS静态定位外业观测	60
3.6.1  GPS布网原则与设计	60
3.6.2  GPS网的布设与实施	61
3.6.3  GPS选点要求	62
3.6.4  GPS点的点名	62
第4章  北斗定位基本原理及误差分析	63
4.1  北斗导航定位系统	64
4.1.1  “北斗一号”简介	64
4.1.2  “北斗二代”简介	64
4.2  双星定位通信系统	65
4.2.1  系统构成	65
4.2.2  双星定位的基本原理	66
4.2.3  双星定位的基本工作过程	67
4.3  双星定位的定位解算方法	68
4.3.1  单点定位法	68
4.3.2  差分定位法	72
4.4  北斗系统定位误差分析	74
4.5  北斗系统的局限性与不足	75
4.6  RTK测量	76
4.6.1  实验目的	76
4.6.2  GPS动态定位测量	76
4.6.2  RTK测量过程	78
4.7  连续运行参考站	84
4.7.1  网络RTK系统组成	84
4.7.2  网络RTK基本操作	85
第5章  GPS卫星导航定位技术的应用	89
5.1  GPS在科学研究中的应用	89
5.1.1  GPS在地球动力学及地震研究中的应用	89
5.1.2  GPS在气象学中的应用	91
5.2  GPS在工程技术中的应用	92
5.2.1  GPS在大地控制测量中的应用	92
5.2.2  GPS在航空摄影测量中的应用	94
5.2.3  GPS在智能交通系统中的应用	95
5.2.4  GPS在海洋测绘中的应用	96
5.2.5  GPS在精密工程测量、工程结构变形检测中的应用	97
5.3  GPS在军事上的应用	98
5.3.1  低空遥感卫星定轨	98
5.3.2  导弹武器的实时位置、轨迹的确定	98
5.4  GPS在其他领域的应用	99
5.4.1  GPS在精细农业中的应用	99
5.4.2  GPS在林业管理方面的应用	100
5.4.3  GPS在旅游及野外考察中的应用	100
第6章  无线定位技术	101
6.1  移动终端定位技术	101
6.1.1  基于网络无需移动通信终端帮助的定位技术	102
6.1.2  基于移动通信终端需要网络帮助的定位技术	102
6.1.3  基于移动通信终端无需网络帮助的定位技术	104
6.1.4  混合定位技术	104
6.2  WiFi定位技术	105
6.2.1  简介	105
6.2.2  系统组成	105
6.3  蓝牙定位技术	106
6.3.1  蓝牙技术简介	106
6.3.2  低功耗蓝牙技术（Bluetooth Low Energy）	107
6.3.3  蓝牙信标（Bluetooth iBeacon）	108
6.4  ZigBee定位技术	109
6.4.1  ZigBee技术简介	109
6.4.2  ZigBee网络进行通信的特点	110
6.4.3  ZigBee的应用前景	111
6.5  射频识别定位技术	112
6.5.1  射频识别技术介绍	112
6.5.2  RFID定位基本原理	113
6.6  无线定位技术的应用	113
第7章  WiFi定位	115
7.1  WiFi定位技术	116
7.1.1  WiFi通信技术简介	116
7.1.2  WiFi网络特点	117
7.2  WiFi定位原理	118
7.3  WiFi定位算法	119
7.3.1  TOA定位方法	120
7.3.2  基于时间差到达（TDOA）	120
7.3.3  基于到达角度（AOA）	121
7.3.4  基于接收信号强度法（RSSI）的定位	122
7.4  基于位置指纹的定位系统设计	124
第8章  蓝牙定位	126
8.1  蓝牙定位现状	126
8.2  蓝牙4.0室内定位技术	130
8.2.1  蓝牙4.0技术概况	130
8.2.2  蓝牙4.0室内定位可行性分析	130
8.3  蓝牙4.0定位系统设计	131
8.3.1  蓝牙AP部署方式	131
8.3.2  系统环境	131
8.3.3  定位系统	132
8.4  蓝牙定位算法	133
8.5  蓝牙定位的应用	136
8.5.1  蓝牙在车展中的应用	137
8.5.2  蓝牙防丢器	137
第9章  视觉定位	140
9.1  单目视觉定位	140
9.1.1  基于单帧图像的单目视觉定位	140
9.1.2  基于两帧或多帧图像的单目视觉定位	144
9.2  双目立体视觉定位	145
9.2.1  双目立体视觉定位原理	145
9.2.2  双目立体视觉定位过程	147
9.2.3  基于双目视觉的立体匹配方法	150
9.3  基于全方位视觉传感器的定位方法	154
第10章  位置指纹定位方法研究	155
10.1  位置指纹定位算法	156
10.1.1  最近邻法	156
10.1.2  K近邻法	157
10.1.3  K加权近邻法	157
10.1.4  贝叶斯概率算法	158
10.2  室内定位精度的主要影响因素	158
第11章  不同定位技术的比较	160
11.1  卫星定位技术	160
11.1.1  GPS定位系统组成	161
11.1.2  GPS定位原理和定位方法	161
11.1.3  GPS定位的主要特点	162
11.2  WiFi定位技术	162
11.2.1  WiFi定位原理	162
11.2.2  WiFi定位方法	163
11.2.3  WiFi定位的主要特点	163
11.3  RFID定位技术	163
11.3.1  RFID定位原理	164
11.3.2  RFID定位方法	164
11.3.3  RFID定位的主要特点	164
11.4  ZigBee定位技术	165
11.4.1  ZigBee定位原理	165
11.4.2  ZigBee定位方法	165
11.4.3  ZigBee定位的主要特点	165
11.5  蓝牙定位技术	166
11.5.1  蓝牙定位原理	166
11.5.2  蓝牙定位方法	166
11.5.3  蓝牙定位的主要特点	167
11.6  几种定位技术的比较	167
第12章  定位技术在不同行业中应用与实践	169
12.1  导航系统在铁路行业的应用	169
12.1.1  在列车定位系统中的应用	169
12.1.2  在铁路运输管理信息系统（TMIS）中的应用	169
12.1.3  在智能铁路运输系统中的应用	170
12.1.4  在防灾安全监控系统中的应用	170
12.1.5  在设备有效性检测中的应用	170
12.2  卫星定位系统在交通运输中的应用	171
12.2.1  卫星定位系统在智能交通系统中的应用	171
12.2.2  北斗系统在ITS的交通监管子系统中的应用	172
12.3  卫星技术在地震行业中的综合应用	174
12.3.1  地震行业卫星应用需求	174
12.3.2  震后灾情监测与评估	175
12.3.3  系统组成	175
12.4  北斗系统在旅游行业中的应用	176
12.4.1  在旅游景区使用北斗卫星导航系统的常规问题及解决方案	176
12.4.2  斗卫星导航系统在旅游行业中应用的一些相关模块及终端	177
12.4.3  总结	178
12.5  室内定位技术在医疗行业中的应用	178
12.6  室内定位技术在大型博物馆中的应用	179
12.6.1  原理及方案	180
12.6.2  应用实践实例	181
12.6.3  应用效果与前景	183
12.6.4  结论	184
参考文献	185

前    言
21世纪是信息化的世纪，信息化正在以一种快速而深刻的方式改变着世界，改变着人类生活，大到全球经济社会的发展格局，小到每个人的日常生活。目前，世界各国都将信息化、数字化、智能化作为国家战略的主题，把信息基础设施建设作为后金融时代振兴经济的重要手段。我国也不例外，国家把全面提高信息化水平，特别是加快建设下一代国家信息基础设施、推动信息化和工业深度融合、推动经济社会各领域信息化作为重要内容等作为实现信息化的首要任务。近年来，国家一直在宣传“互联网+”，而移动互联网又是重要一环。移动互联网的本质概括为三个要素：Social（社会的）、Local（位置的）和Mobile（移动的）。定位技术是位置服务的技术基础。
人类对于定位技术和位置服务的渴求由来已久。一些代代流传、脍炙人口的诗句，如苏轼的“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，陆游的“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”，除了托物言志，也在无意之中表现出了古人在出行时对位置相关信息的期待与向往。
目前，定位技术正在改变着人类的生活。定位技术将终端用户和互联网内容都增加了“位置”这个属性，使得互联网公司可以通过位置维度给特定的用户提供基于位置的内容，创造出更好的用户体验服务。例如，社交应用，在社交关系中增加用户位置维度，创造出位置社交应用，如微信与QQ里面的附近好友功能；微博或者大众点评，在用户发布的内容中增加位置属性，就创造出签到类的应用；在交通、旅游和住宿等服务领域，定位技术体现了更重要的作用，出现了很多受到大家欢迎的导航、订餐等应用，如百度地图、美团等。
近年来作者一直在专研定位技术及其业务，在过去的几年里，我们通过大量的现场测试与数据分析，不断地积累定位技术，突破现有瓶颈，提出了优化手段，提升了用户体验；我们也不断地投入人力研究最前沿的WiFi、蓝牙等定位技术，不断研发更为先进的混合定位平台；除此之外，我们还自主研发了北斗定位系统，促进北斗产业链的形成和北斗民用的产业化进程。
定位技术有很多种实现方案。本书首次对当前商用的定位技术进行了全面的梳理和系统分析，包括卫星定位技术、移动互联网定位技术、WiFi定位技术和蓝牙定位技术等，并对正在研究的传感器定位技术、RFID定位技术进行了论述。本书源于作者对定位技术的深刻理解和广泛而深入的实践活动，详尽阐述了定位技术的概念、原理和实现方法，为广大定位技术的应用开发者提供了完整的专业级指导。
本书是高等院校导航与定位课程的教材，是作者结合多年教学经验和工程设计经验编写而成的。
全书主要分为两大部分，一部分是室外导航与定位，另一部分是室内导航与定位。室外导航与定位主要介绍了各种星系导航，例如，GPS、GLONASS、伽利略及中国的北斗卫星，另外，介绍了导航与定位在现实生活中的应用。室内导航与定位部分主要介绍了各种无线定位技术，例如，ZigBee、WiFi、蓝牙等，介绍了这些技术的发展过程及定位原理，并比较了各种技术的优缺点，最后介绍了各种定位技术的应用。
本书第一部分（第1章）是绪论，主要介绍了各种定位系统及定位技术，介绍了各种星系导航、无线定位技术。星系导航包括GPS、GLONASS、伽利略及中国的北斗卫星；无线定位技术包括ZigBee、WiFi、蓝牙、超声波、RFID及超宽带技术，概括介绍了定位技术的原理及应用领域。
本书第二部分（第2～5章）是星系导航的知识。主要介绍了GPS、GLONASS、伽利略，以及中国的北斗卫星4种星系导航的知识。在第2章中介绍了星系导航的发展历史、运行状况、系统构成及各自的优缺点。另外，还介绍了组合导航和惯性导航。第3章主要介绍了GPS的定位原理及误差分析，包括伪距测量、载波相位测量、差分GPS定位原理、GPS定位误差的来源及影响等。第4章主要介绍了我国的北斗定位系统。主要内容包括第一代、第二代北斗系统的介绍，双星通信定位系统、双星定位的解算方法，以及北斗定位的局限与不足。第5章主要介绍了星系导航技术的应用领域，主要介绍了GPS卫星导航定位技术的应用，包括GPS在科学研究中的应用、GPS在工程技术中的应用、GPS在军事上的应用等。
本书第三部分（第6～11章）是无线定位技术的知识。第6章主要介绍了移动终端定位技术、WiFi定位技术、蓝牙定位技术、ZigBee定位技术，以及射频识别定位技术，首先简单介绍了各种技术，然后分别介绍了定位系统的组成。第7章主要介绍了WiFi定位技术，从WiFi定位技术的发展、WiFi定位原理、WiFi定位算法等方面详细介绍了WiFi定位，最后设置了基于位置指纹的定位系统。第8章主要介绍了蓝牙定位现状，蓝牙4.0室内定位技术、蓝牙4.0定位系统设计、蓝牙定位算法，以及蓝牙定位的应用等知识。第9章主要介绍了视觉定位，从单目视觉定位、双目立体视觉定位和基于全方位视觉传感器的定位方法等方面介绍了视觉定位的原理、方法及应用等。第10章主要介绍了目前运用最为广泛的位置指纹定位技术，系统介绍了最近邻法、K近邻算法、K加权算法及贝叶斯算法，同时也介绍了室内定位精度的主要影响因素。第11章主要比较各种无线定位技术。
本书第四部分（第12章）主要讲述了定位技术的应用领域。介绍了导航系统在铁路行业的应用、卫星定位系统在交通运输行业中的应用、卫星技术在地震行业中的综合应用、北斗系统在旅游行业中的应用、室内定位技术在医疗行业中的应用，以及室内定位技术在大型博物馆中的应用。
全书由北京联合大学实训基地副主任袁家政教授、刘宏哲教授组织研究生共同编写。其中，第1～5章由研究生谭智勇编写，第6～8章由研究生周成编写，第9章由研究生赵霞编写，第10～12章由研究生周成编写。本书在编写过程中，参考并摘录了大量国内外导航与定位书籍、论文中的精华部分。在本书出版的过程中，得到了北京市教育委员会创新团队项目“智能驾驶技术研究”（IDHT20140508）的资助。
由于定位技术发展迅速，作者的学识有限，加上时间仓促，书中难免有疏漏，敬请广大读者批评指正。电子邮箱：jiazheng@buu.edu.cn。

作  者         
2015年10月30日

网络、通信

袁家政，男，汉族，湖南省隆回人，1971年2月出生，博士，教授。1993年毕业于北京师范大学数学系计算机科学专业获理学学士学位，2007年12月获北京交通大学计算机应用技术专业工学博士学位，2008年10年进入中科院自动化所国家专用集成电路设计工程技术研究中心从事博士后研究。曾任北京联合大学信息学院多媒体教学部副主任、主任、多媒体技术课程群负责人、多媒体技术专业和电脑艺术专业负责人。现任北京市旅游信息化研究基地秘书长、北京联合大学电子信息技术实训基地副主任、北京联合大学计算机技术研究所常务副所长、教授、硕士研究生导师。主要研究方向图形图像处理、文物遗迹的数字化处理、数字博物馆等。

本书对当前商用的定位技术进行了全面梳理和系统分析，详尽地阐述了定位技术的概念、原理和实现方法。内容源于作者对定位技术的深刻理解和广泛而深入的实践活动，包括卫星定位技术、移动互联网定位技术、WiFi定位技术和蓝牙定位技术等，并对传感器定位技术、RFID定位技术进行了阐述。__eol__本书可作为高等院校相关专业的教材，也可供从事定位技术应用开发的技术人员学习。__eol__

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定位技术理论与方法