本文關(guān)鍵詞： GPS定位 能耗模型 室內(nèi)外判別 城市峽谷 協(xié)同定位　出處：《中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：GPS定位逐漸滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹母鞣N應(yīng)用場(chǎng)景,如交通運(yùn)輸行業(yè)、室外定位導(dǎo)航、野生動(dòng)物跟蹤、運(yùn)動(dòng)健康記錄等領(lǐng)域,并誕生了很多基于位置的服務(wù)。目前,基于GPS的定位技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到車(chē)輛、手機(jī)等終端設(shè)備上,提供便捷易用的定位服務(wù)。然而,國(guó)內(nèi)外的研究工作表明,GPS定位在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景仍然有兩個(gè)重大缺陷。首先,GPS定位過(guò)程涉及到大量的浮點(diǎn)運(yùn)算,算法復(fù)雜度很高,導(dǎo)致GPS功耗極大。受到終端續(xù)航能力的限制,功耗問(wèn)題仍然是GPS模塊長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的一個(gè)重要約束。其次,在城市峽谷等復(fù)雜環(huán)境下,GPS信號(hào)受到多徑干擾等影響,無(wú)法獲取正確的衛(wèi)星信息,產(chǎn)生了幾十米甚至上百米的定位誤差,不能滿足各種應(yīng)用的定位需求。針對(duì)當(dāng)前GPS定位技術(shù)存在的問(wèn)題,本文主要做了三個(gè)方面的工作:·GPS定位能耗模型與低功耗設(shè)計(jì):這一項(xiàng)工作首先研究了GPS模塊的通用綜合能耗機(jī)理,通過(guò)對(duì)主流芯片的黑盒子解剖,針對(duì)射頻前端、并行計(jì)算硬件、CPU能耗表征、關(guān)鍵任務(wù)分解和能耗因子分拆,建立了以核心計(jì)算單元為變量的能耗模型。這個(gè)模型涵蓋了科研和商用系統(tǒng)的基本架構(gòu),為定位算法理論研究和能耗優(yōu)化的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供橋梁。其次,在開(kāi)源GPS接收機(jī)上,我們?cè)O(shè)計(jì)了各個(gè)軟件過(guò)程的測(cè)試用例,運(yùn)行真實(shí)軌跡數(shù)據(jù),來(lái)確定能耗參數(shù)的取值。最后,在能耗模型的基礎(chǔ)上,找到對(duì)定位功耗貢獻(xiàn)最大的單元,提出了一種選擇性跟蹤算法。它通過(guò)定位上下文選擇少數(shù)的優(yōu)質(zhì)衛(wèi)星組合,減少同步衛(wèi)星數(shù),并降低定位能耗。實(shí)際道路實(shí)驗(yàn)表明,在犧牲少量定位精度時(shí),定位功耗至少降低23.4%。·低功耗室內(nèi)外情境感知:室內(nèi)外檢測(cè)為移動(dòng)設(shè)備的環(huán)境感知提供了非常有用的提示。本文提出了一種新的室內(nèi)外判別方法Sat Probe,建立了可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)目與室內(nèi)外狀態(tài)的聯(lián)系。Sat Probe設(shè)計(jì)了輕量級(jí)的衛(wèi)星存在性判斷算法,不需要通過(guò)大量的計(jì)算來(lái)獲得最終的GPS位置,就可以快速判定可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)目,實(shí)現(xiàn)超低功耗的室內(nèi)外情境感知。實(shí)驗(yàn)表明,Sat Probe的檢測(cè)精度高于前人的方法,在檢測(cè)能效和檢測(cè)時(shí)間上有超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升。·城市峽谷中的高精度GPS定位:城市峽谷效應(yīng)導(dǎo)致GPS定位精度受到嚴(yán)重影響。本文以共享單車(chē)為例,探討如何用多個(gè)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作,來(lái)克服城市峽谷效應(yīng)。具體地說(shuō),本文設(shè)計(jì)了一個(gè)共享單車(chē)網(wǎng)絡(luò)Bike Net,它將一些單車(chē)組織成一個(gè)單車(chē)網(wǎng)絡(luò),讓路過(guò)的用戶(hù)參與眾包任務(wù),打開(kāi)手機(jī)上的無(wú)線電掃描器、加速度計(jì)和磁傳感器,機(jī)會(huì)式地測(cè)量單車(chē)節(jié)點(diǎn)之間的距離和方向,得到單車(chē)網(wǎng)絡(luò)的幾何圖形。然后,Bike Net將所有單車(chē)節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星觀測(cè)量都映射到一個(gè)種子節(jié)點(diǎn)。借助于高質(zhì)量的、幾何多樣性的衛(wèi)星觀測(cè)量,種子節(jié)點(diǎn)能計(jì)算出精確位置,從而推算出網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)的位置。我們?cè)诰用駞^(qū)和商業(yè)區(qū)分別展開(kāi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)表明,與傳統(tǒng)GPS和節(jié)點(diǎn)級(jí)協(xié)同定位相比,Bike Net的定位精度、適用范圍和抗干擾能力都有了顯著提高。
[Abstract]:GPS positioning technology has been widely used in many fields such as transportation industry , outdoor positioning navigation , wildlife tracking , sports health record and so on . In this paper , we have designed a shared single - car network , a single - car network , which can be used to measure the distance and direction between the single - car nodes . The experiment shows that the positioning accuracy , application range and anti - interference ability of the mobile phone are improved significantly compared with the traditional GPS and node - level cooperative positioning .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P228.4

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本文編號(hào)：1548303