开题报告北航

北京航空航天大学毕业设计(开题报告)第页毕业设计(开题报告)利用手机对基站进行定位的算法程序设计院（系）名称专业名称学生姓名学号指导教师2014年3月目录一课题背景及研究意义 11.1课题背景 11.2研究意义 2二研究现状 22.1获取基站位置 22.2空间定位技术 3三研究方法及内容 33.1定位原理 33.2测距法 43.3程序编写 4四预期目标 4五工作计划 4六参考文献 5一课题背景及研究意义1.1课题背景本课题属于实际应用类课题。现如今利用基站定位移动终端用户地理位置的技术已十分成熟，相关的应用和使用人群数量都十分可观。本课题反其道而行之，创新性的采用利用手机定位基站位置的想法。想要完成这个课题并达到既定的目标要求，需要涉及地面无线定位技术、移动通信原理、Android应用开发以及Java语言的程序设计等多领域学的科专业知识与技能。1.2研究意义本课题旨在锻炼研究者自主学习能力和动手实践能力，随着课题的深入进展将会遇到不同学科不同层面的问题，在设法解决这些问题的过程中研究者可以获取多方面的知识并进行互相渗透，融会贯通。在锻炼能力的同时，通过本课题最终做出的成果也有一定的实际应用意义。最终开发出的程序可以用来获取周边基站的位置，获取基站及其所属运营商信息，找出不属于传统运营商的私人基站或伪基站。因此通过本课题最终做出的成果也有一定的实际应用意义。二研究现状2.1获取基站位置基站当前定位手机基站位置的方式是利用统一规则给现有的所有基站进行编码，每个基站将获得一个独有的识别码，称为全球小区识别码（CGI）。该码用于识别一个小区(基站/一个扇形小区)所覆盖的区域。其结构是

：

MCC+MNC+LAC+CID

，其中各项代码的具体定义为：

MCC：移动国家码

（中国为460）

MNC：移动网络码

（中国移动00，中国联通01，中国电信02）

LAC：位置区号码

CID：小区标识码

其中MCCMNCLAC为位置区标识（LAI）

，CID为2Byte的BCD码，由各MSC自定。通过定位技术获取每一个基站的实际地理位置，将其与全球小区识别码一一对应，建立完整的基站数据库，即可通过已知的全球小区识别码查询对应基站的实际位置。目前多数获取基站位置的应用程序皆采用这一思路，通过手机信号获取基站信息，再调用第三方的数据库获取基站的经纬度信息，从而获取基站的实际地理位置。2.2空间定位技术现今最为广泛使用的技术是GPS，即是全球卫星定位技术。此外还有UWB（ultrawideband，超宽带）无线通信定位技术。2.2.1GPS定位原理24颗卫星平均分布在6个轨道面,每一个轨道面上各有4颗卫星绕行地球运转，让地面使用者不论在任何地点、任何时间,至少有4颗以上的GPS卫星出现在我们上空中供使用者使用。每颗卫星都对地表发射涵盖本身载轨道面的坐标、运行时间的无线电讯号,地面的接收单位可依据这些资料做为定位、导航、地标等精密测量。GPS定位系统是利用卫星基本三角定位原理，方法是：已知A、B、C三点的距离，通过某种方式确定另一点P离A、B、C的距离。通过作立体图形（球）可确定在空间中P的位置。GPS接受装置以量测无线电信号的传输时间来量测距离。由每颗卫星的所在位置,测量每颗卫星至接受器间距离,即可算出接受器所在位置之三维空间坐标值。使用者只要利用接受装置接收到3个卫星信号,就可以定出使用者所在之位置。一般的GPS都是利用接受装置接收到4个以上卫星信号来定出使用者所在之位置及高度。2.2.2UWB无线通信定位技术UWB定位技术属于无线定位技术的一种。无线定位技术是指用来判定移动用户位置的测量方法和计算方法，即定位算法。目前最常用的定位技术主要有：时差定位技术、信号到达角度测量(AOA)技术、到达时间定位(TOA)和到达时间差定位(TDOA)等。其中，TDOA技术是目前最为流行的一种方案，除了用于GSM系统，在其他诸如AMPS和CDMA系统中也广泛应用，UWB定位采用的也是这种技术。通常，UWB定位系统设定几个定位参考点(根据实际需要)，以接收待测点(数量上百)发出的高斯脉冲信号。为了避免信号发生碰撞，每个待测点都有自己的代码序列。当一个高斯脉冲中代码序列被参考点收到时，它将在一个时间整合相关器内与当前产生的一个对照序列作比较。当收到信号的位移与对照信号相吻合，即出现一个相关高峰信号。这样就容易判断是否收到正确的代码序列。处理接收到的脉冲序列得到接收时间，从而计算得到待测点的坐标。三研究方法及内容3.1定位原理采用三角定位法。利用三台间隔一定距离且不在一条直线上的三部移动终端向同一站发送无线电信号，通过测量信号传输时间获取距离信息，再通过几何计算得到基站的具体位置。具体算法如下所示，设已知锚节点，即已知的三位测试者所处位置的坐标分别为(xa,ya,za),(xb,yb,zb),(xc,yc,zc),未知节点，即所要定位的基站位置坐标M(x,y,z)到锚节点的距离分别为da,db,dc,则存在下列公式(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算出x、y、z的值即可得到目标位置的坐标。3.2测距法关于手机与基站位置的测量采用TOA(TimeofArrival)定位方式。具体操作为三台位于不同位置的移动终端向同一基站发送一请求信息，获得基站回应后获取回应信号的发送时间和到达终端的时间，其间涉及移动通信原理手机与基站互动的相关机制，二者的时间差乘以电磁波传播速度即可得到手机与基站的距离，再将三个距离和位置参数汇总于一台设备进行三角定位计算。3.3程序编写应用程序开发方面，由于安卓系统开源的特性便于开发者获取源代码进行学习和修改，节省时间的同时又具备高度的可操作性，因此使用平台定为Android操作系统，从而决定采用Java语言编写应用程序，开发平台采用Eclipse并安装ADT（AndroidDevelopmentTools）插件以便于Androidapk的编写和在电脑上使用安卓模拟器经行调试。四预期目标设计出具有预期功能的Android应用程序：三人分别持有装有该应用的安卓手机站在不同位置构成一个三角形，三台设备通过该程序关联到一台手机上，通过这一台手机统一发令开始测试，获取的信息再汇聚到该手机上经行计算处理，最终能成功获取目标位置且误差在可接受范围内。五工作计划个人任务计划时间：2014年3月——2014年6月周主要任务目标1-2搭建Android开发平台，学习JAVA编程的基本知识；初步了解无线定位技术原理和移动通信原理方面的相关知识，完成开题报告初稿。3进一步查阅资料，熟悉工作内容。并对开题报告进行修改，定稿，开题答辩。4-5深入学习地面无线定位技术，选择具体的测量方法并设计出具体的整个算法流程。6阅读关于手机基站功能的相关书籍，深入了解手机与基站互动的相关机制，设法得知获取算法所需各项参数的方法。7-8学习基于JAVA语言的Android应用开发，在装有ADT插件的Eclipse平台上进行编程练习，以求充分掌握典型风格的JAVA程序设计能力。9-11依照此前设计的定位算法设计程序，根据实现的难易情况调整算法，做出原始的测试版apk进行若干次基站定位测试，根据测试中的表现进行改进。12完成最终版本的apk并进行展示。六参考文献[1]吕振谭鹏立.一种基于RSSI校正的三角形质心定位算法[J].传感器与微系统,2010,29(5):122-124.[2]KegenYu,IanSharp，YJayGuo.地面无线定位技术[M].电子工业出版社,2012.[3]邹铁刚,孟庆斌,丛红侠,等.移动通信技术及应用[M].清华大学出版社,2013.[4]林伟,陈传锋.基于RSSI的三角形质心算法[J].现代电子技术,2009(2):180-182.[5]于波,齐鑫,唐光义.Java程序设计与工程实践[M].北京:清华大学出版社,2013.[6]沙学军,吴宣利,何晨光.题名/责任者:移动通信原理、技术与系统[M].电子工业出版社,2013.[7]杨恒,魏丫