第6章网络定位和发现技术分解
智能网联汽车概论-课件--第六章--智能网联汽车定位导航技术
卫星导航定位系统工作原理
3.误差分析 卫星导航系统的误差从来源上可以分为4类:与信号传播有关的误差，与卫星有关的误差，与接收 机有关的误差以及地球潮汐、负荷潮等造成的其他误差。误差分类如表6-1所示。
表6-1 误差分类
误差来源 与信号传播有关的误差
与卫星有关的误差 与接收机有关的误差
其他误差
电离层延迟 对流层延迟
全球导航卫星系统
（4） Galileo Gale卫星系统也是个正在建设中的全球卫星导航系统 ，欧洲人的目的是摆脱对美国全球定位系 统的依赖，打破其垄断。该系统的基本服务免费，但使用高精度定位服务需要付费。Galileo 系统也 分为空间段、地面段、用户段3大部分。空间段是由分布在3个轨道上的30颗MEO卫星构成，其中27 颗为工作星，3颗为备份星。地面段由两个地面操控站、29个伽利略传感器达到站以及5个S波段上 行站和10个C波段上行站组成，传感器达到站及上行站均分布于全球。用户段则提供独立于其他卫 星导航系统的5种基本服务。
（1） GPS GPS由3部分构成，即空间卫星部分、地面监控部分和用户接收部分。空间卫星部分又 称为空间段，21颗GPS工作卫星和3颗在轨备用卫星构成完整的21+3形式的GPS卫星工作 星座。这种星座构型能满足在地球上任何地点任何时刻均能观测到至少4颗几何关系较好 的卫星来用于定位。地面控制部分又称为地面段，由分布在全球的一个主控站、3个注入 站和若干个监测站组成。用户接收部分又称为用户段，接收来自作为基础设施的空间段 和地面段提供的导航，定位和根时服务，这些服务已广泛应用于各个领域。
数据链路
z R<100km y
基准站 x （xº,yº,zº）
图6-2 位置差分示意
差分定位系统
物联网技术导论--第06章
卫星导航系统
GPS的组成
用户设备部分用户设备主要是GPS接收机，它是一种特制的 无线电接收机，主要作用是从GPS卫星收到信号并利用传来
的信息计算用户的三维位置及时间。用户设备部分的主要
设备是GPS 接收机。
《物联网技术导论(第二版)》
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卫星导航系统
GPS的定位原理
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已 知的起算数据，并测出信号从该观测点到 4个卫星的传播时
《物联网技术导论(第二版)》
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卫星导航系统
GPS的定位原理：
GPS定位可分为单点定位和相对定位（或称差分定位）。
单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位 置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略 导航定位。利用单独的GPS接收机定位的精度为30米左右。
《物联网技术导论(第二版)》
的广泛应用。
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卫星导航系统
北斗卫星导航系统简介
北斗卫星导航系统包括北斗卫星导航试验系统（北斗一号）和 北斗卫星导航定位系统（北斗二号）。第一代的北斗卫星导航 试验系统（也称双星定位导航系统）覆盖范围较小，仅能覆盖
我国周围附近地区。在第一代北斗卫星导航试验系统的基础上，
发生故障的卫星。这24颗卫星均匀分布在6 个轨道平面内，
每个轨道面包含4颗卫星。
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卫星导航系统
GPS中的卫星分布图
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卫星导航系统
GPS的组成：
GPS 的地面监控部分主要由分布全球的 6 个地面站构成，其 中包括卫星监测站、主控站、备用主控站和信息注入站。
使用计算机进行网络识别与定位的技巧
使用计算机进行网络识别与定位的技巧随着互联网的快速发展，网络识别与定位成为了一个重要的技术领域。
通过使用计算机，我们可以追踪和定位网络上的各种信息和资源。
本文将介绍一些使用计算机进行网络识别与定位的技巧。
一、IP地址定位IP地址是互联网上设备的唯一标识。
通过IP地址，我们可以追踪设备的位置信息。
有一些在线工具可以帮助我们进行IP地址定位，比如“IP地址定位器”。
通过输入IP地址，这些工具可以提供设备所在的地理位置、运营商信息等。
这对于网络安全和网络管理非常有用。
二、域名解析域名是互联网上的网站地址，通过域名解析，我们可以找到网站的IP地址。
在计算机中，可以使用“nslookup”命令进行域名解析。
在命令行中输入“nslookup”加上要解析的域名，就可以得到该域名对应的IP地址。
这对于追踪和定位特定网站非常有帮助。
三、网络流量分析网络流量分析是一种通过监控网络数据包来识别和定位网络活动的技术。
通过使用网络流量分析工具，我们可以捕获和分析网络数据包，从中提取有用的信息。
这些工具可以帮助我们识别网络攻击、监测网络性能等。
常用的网络流量分析工具有Wireshark、tcpdump等。
四、无线网络定位无线网络定位是一种通过分析无线信号强度来确定设备位置的技术。
通过使用无线网络接收器和相关软件，我们可以收集周围的无线信号，并根据信号强度和位置信息进行定位。
这对于室内定位、无线网络覆盖评估等领域非常有用。
常用的无线网络定位工具有Ekahau、AirMagnet等。
五、网络摄像头识别网络摄像头识别是一种通过分析网络摄像头的图像和视频来识别和定位物体或人员的技术。
通过使用计算机视觉和图像处理算法，我们可以从网络摄像头的图像中提取有用的信息，如人脸识别、行为分析等。
这对于视频监控、安防等领域非常有用。
常用的网络摄像头识别工具有OpenCV、TensorFlow等。
六、网络地理信息系统网络地理信息系统（GIS）是一种将地理信息和网络信息相结合的技术。
网络工程师在网络故障定位与排查中的技术与经验
网络工程师在网络故障定位与排查中的技术与经验网络工程师是现代社会中非常重要的职业之一，他们负责搭建、维护和管理企业或机构的计算机网络系统。
然而，在日常工作中，难免会遇到网络故障，这时就需要网络工程师具备一定的技术与经验来进行定位与排查。
本文将介绍网络工程师在网络故障定位与排查中常用的技术与经验，以及如何应对这些问题。
一、网络故障定位技术与经验1.1 使用命令行工具命令行工具是网络工程师定位网络故障的重要利器之一。
例如，PING命令可以测试网络连接是否通畅，如果无法PING通某个IP地址，那么很可能是该网络节点故障；而使用Tracert命令可以查看数据包经过的路由路径，通过对比正常的路径和发生故障的路径，可以快速定位问题所在。
1.2 分层结构排查法网络工程师在定位故障时，可以采用分层结构排查法。
首先，从物理层开始排查，检查网络设备的连线是否正确、端口是否正常工作。
然后，排查数据链路层，检查链路设备是否工作正常，是否有异常报文传输等问题。
接下来，依次检查网络层、传输层、应用层等。
通过逐层排查，可以逐渐缩小故障所在的范围。
1.3 使用网络监控工具网络监控工具是网络工程师定位故障的重要辅助手段。
通过监控工具，可以实时获取网络设备的工作状态和性能指标，包括带宽利用率、丢包率、延迟等。
当网络故障发生时，能够及时发出警报并提供相关信息，帮助网络工程师快速定位问题所在。
二、网络故障排查经验2.1 建立问题定位流程网络工程师在长期的工作中需要总结并建立一套问题定位流程。
这套流程可以根据具体情况灵活调整，但必须有清晰的步骤和规范的操作。
例如，首先排查硬件设备，然后逐步排查网络连接、网络配置等，最后再考虑应用层的问题。
良好的问题定位流程能够提高工作效率和准确性。
2.2 熟悉常见故障原因网络工程师需要对常见的故障原因进行了解和熟悉。
例如，IP地址冲突、路由配置错误、网络设备故障等。
通过熟悉常见故障原因，可以更快速地定位和解决问题。
网络拓扑发现与分析的技术研究
网络拓扑发现与分析的技术研究一、引言随着现代网络规模的急剧增长和复杂性的不断提高，网络拓扑发现和分析成为了网络管理和优化的一个关键问题。
为了更好地理解和管理网络，研究人员们提出了许多技术和方法来发现和分析网络拓扑结构。
本文将重点探讨网络拓扑发现与分析的技术研究。
二、网络拓扑发现技术A. 主动式发现主动式发现是通过主动发送数据包或者查询消息来探测网络拓扑结构的一种技术。
其中最常见的方法是使用多跳路由跟踪（traceroute）技术。
traceroute通过发送一系列的ICMP回显请求来追踪数据包从源节点到目的节点的路径，并记录经过的中间节点，从而构建出一个网络拓扑图。
B. 被动式发现被动式发现则是通过监听网络中的流量来收集和分析数据，从而推导出网络的拓扑结构。
一个常见的被动式发现技术是网络流量数据的包头分析。
通过分析数据包的源IP地址和目的IP地址，可以推断出网络中节点之间的连接关系。
三、网络拓扑分析技术A. 节点度中心性节点度中心性是网络拓扑分析中的一个重要概念。
它衡量了一个节点在网络中与其他节点之间的连接数量。
通过计算每个节点的度中心性，可以找到网络中的中心节点和边缘节点，从而帮助我们理解网络的结构和特点，进而进行合理的网络管理和优化。
B. 簇系数簇系数用于衡量网络中节点之间的紧密程度。
一个节点的簇系数是指其邻居节点之间的连接关系的紧密程度。
通过计算网络中所有节点的平均簇系数，可以得到网络的整体紧密度。
研究人员们通过簇系数的分析，可以发现网络中的社区结构和功能模块，为网络管理和优化提供参考。
C. 关键节点发现关键节点是网络中至关重要的节点，其运行状态对整个网络的稳定性和可靠性具有重要影响。
通过网络拓扑分析技术，我们可以发现并识别出这些关键节点，从而有针对性地进行网络的保护和优化。
常见的关键节点发现算法有基于节点度中心性的方法、介数中心性的方法、以及基于网络流量的方法等。
四、网络拓扑发现与分析应用案例网络拓扑发现与分析技术在实际应用中发挥着重要作用。
计算机网络中的网络拓扑发现与自动化管理技术
计算机网络中的网络拓扑发现与自动化管理技术计算机网络是当今现代社会不可或缺的基础设施，而网络拓扑的发现和自动化管理技术则是确保网络正常运行的重要手段。
本文将介绍网络拓扑的概念、网络拓扑发现的方法和工具，以及自动化管理技术在网络拓扑中的应用。
一、网络拓扑的概念网络拓扑指的是网络中各个节点（如设备、主机等）之间的连接方式或布局，它决定了数据在网络中的传输路径和速度。
常见的网络拓扑结构有星型、总线型、环型、网状和树状等。
1. 星型拓扑星型拓扑是一种以中心节点为核心，其他节点都连接到中心节点的拓扑结构。
中心节点负责传输数据，并控制其他节点的通信。
优点是易于管理和扩展，但是中心节点是单点故障。
2. 总线型拓扑总线型拓扑是一种线性结构，所有节点都连接到一条主线上。
数据通过主线进行传输，并根据节点的地址选择接收。
优点是简单和易于维护，但是主线是性能瓶颈。
3. 环型拓扑环型拓扑是一种节点按环形连接的结构，每个节点都与左右相邻的节点直接相连。
数据通过环路进行传输，每个节点都可以接收和发送数据。
优点是具有较好的容错性，但是需要额外的管理和控制开销。
4. 网状拓扑网状拓扑是一种所有节点直接相连的结构，即每个节点都与其他节点都有直接连接。
数据可以通过多条路径进行传输，具有很高的冗余性和容错性。
但是管理和维护复杂度较高。
5. 树状拓扑树状拓扑是一种层级结构，拥有一个根节点和多个从属节点。
数据从根节点沿着树枝传输到叶子节点。
树状拓扑可随着需求的变化进行扩展和调整，但是根节点是单点故障。
二、网络拓扑发现的方法和工具网络拓扑发现是指通过对网络中的设备和连接进行扫描和分析，得到网络拓扑的结构和信息。
常用的网络拓扑发现方法有手动发现、自动发现和混合发现。
1. 手动发现手动发现是指通过手动配置和管理，人工收集和整理网络中的设备和连接信息。
这种方法需要人工维护，适用于小型网络或者需要较高安全性的网络环境。
然而，手动发现容易出现遗漏和错误，且工作量大。
物联网技术导论 第6章 定位技术与位置服务
6.2 定位技术
8 — —
卫星导航系统定位技术
北斗卫星导航系统 (BDS)
北斗卫星导航系统(BeiDou
Nvigation
Salte System, BDS)是中国自行研制的全球卫星
导航系统。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户
段三部分组成，现阶段由55颗卫星提供服务。
系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户
导航与定位系统
导航与定位系统的基本任务就 是以某种手段或方式，引导运行体 安全、准确、便捷、经济地在规定 时间内按一定的路线到达目的地。 在导航过程中，系统要实时、连续 地给出运行体的位置、速度、加速 度、航向等参数。
6.1 定位技术概述
4 — —
定位技术分类
➢ 按照用户使用时相对依从关系分类
• 自备式（自主式）导航系统 • 他备式（非自主式）导航系统
GPS是美国的 卫 星 导航定位系 统，能连续地为用户提供三维位置、 三维速度和时间信息，定位精度优 于10m，测速精度优于0.1m/s，计 时精度优于10ns。GPS是目前全球 使用最多的卫星导航定位系统。
6.2 定位技术
7 — —
卫星导航系统定位技术
格洛纳斯卫星导航系统 (GLONASS) 伽利略卫星导航系统 (GALILEO)
6.2 定位技术
6 — —
卫星导航系统定位技术
子午仪卫星导航系统 (Transit)
全球定位系统 (GPS)
Transit是美国的导航定位卫星 系统，又称海军卫星导航系统 （GNSS）。这是全球首个卫星导 航系统，Transit系统卫星星座由6 颗卫星组成，部署在6个轨道面， 卫星运行于距地面1100千米的圆形 极轨道。为了消除电离层产生的误 差，在150Mhz和400MHz两个频 率播发导航信号，定位精度50米。
网络IP的定位和追踪技术
网络IP的定位和追踪技术随着互联网的快速发展，我们的生活离不开网络。
而在网络世界中，每个设备都有一个与之对应的IP地址，通过IP地址我们可以进行定位和追踪。
本文将介绍网络IP的定位和追踪技术，以及其在各个领域中的应用。
一、IP地址的概念和分类1. IP地址的定义和作用IP地址（Internet Protocol Address）是网络设备在网络中的唯一标识符，类似于我们现实生活中的住址。
通过IP地址，网络设备可以相互通信和交换数据。
2. IP地址的分类IP地址根据版本的不同分为IPv4和IPv6两种：- IPv4地址是32位的二进制数，由四个8位的数值组成，每个数值用点分隔，例如192.168.0.1。
- IPv6地址是128位的二进制数，由八组16位的十六进制数值组成，每组之间用冒号分隔，例如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。
二、IP地址的定位技术1. IP地址定位的原理IP地址定位通过对IP地址进行解析和分析，确定其所在的地理位置。
定位过程主要涉及到IP地址库、地理位置数据库和算法模型。
2. IP地址定位的方法目前常用的IP地址定位方法包括基于数据库的IP地址定位方法和基于网络拓扑结构的IP地址定位方法：- 基于数据库的IP地址定位方法：通过将IP地址与地理位置进行关联，构建IP地址库和地理位置数据库，利用数据库查询方法进行定位。
- 基于网络拓扑结构的IP地址定位方法：通过对网络路由跟踪和测量，推断IP地址所在的地理位置。
三、IP地址的追踪技术1. IP地址追踪的原理IP地址追踪主要通过追踪IP地址的路径进行，确定数据包从发送端到接收端的经过的网络节点。
追踪过程主要涉及到TTL字段分析、路由跟踪和网络拓扑分析等。
2. IP地址追踪的方法常用的IP地址追踪方法包括Traceroute和Ping等：- Traceroute：通过发送一系列的数据包，观察其返回路径，从而确定数据包的传输路线。
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3) location signature位置标记。对每个位置 区进行标识来获取位置；
4) 卫星定位。
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6.1 位置服务
需要特别说明的是,位置信息不是单纯的 “位置”,而是包括: • ① 地理位置（空间坐标） • ② 处在该位置的时刻（时间坐标） • ③ 处在该位置的对象（身份信息）
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6.2.2. GPS工作过程
• 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。
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6.2 GPS全球定位系统
• GPS 是英文Global Positioning System（全球定 位系统）的简称。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.
• 实质上是一种概念较为宽泛的与空间位置有关 的新型服务业务。
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6.1 位置服务
• 位置服务（LBS,Location Based Services）又称定 位服务,LBS是由移动通信网络和卫星定位系统结合在 一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术获得移 动终端的位置信息(如经纬度坐标数据)，提供给移动 用户本人或他人以及通信系统，实现各种与位置相关 的业务。实质上是一种概念较为宽泛的与空间位置有 关的新型服务业务。
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6.2.2. GPS工作过程
• 当GPS卫星正常工作时,会不断地用1和0二进制码元 组成的伪随机码发射导航电文。
• 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。
• 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，用户在大地坐标系中的位置速度 等信息便可得知。
第 6 章网络定位和发现技术
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学习任务
本章主要涉及:
1 GPS全球定位系统
2
蜂窝基站定位
3 新兴定位系统（ AGPS ）
Click to add title in here
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学习任务
本章主要涉及:
4 无线室内环境定位 5 传感器网络节点定位技术 6 传感器网络时间同步技术
• 接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软 件包构成完整的GPS 用户设备。
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6.2.1. GPS构成
• GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元 两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流 电源。关机后,机内电池为RAM存储器供电,以 防止数据丢失。
• 目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越 来越轻，便于野外观测使用。
• 关于位置服务的定义有很多。1994年，美国学者 Schilit首先提出了位置服务的三大目标:你在哪里(空间 信息)、你和谁在一起(社会信息)、附近有什么资源(信 息查询)。这也成为了LBS最基础的内容。
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6.1 位置服务
对于位置定义有如下几种方法:
1) AOA(angle of arrival )指通过两个基站的 交集来获取移动台(Mobile station)的位置;
Click to add title in he位置服务（LBS,Location Based Services） 又称定位服务,
• LBS是由移动通信网络和卫星定位系统结合在 一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术 获得移动终端的位置信息(如经纬度坐标数据)， 提供给移动用户本人或他人以及通信系统，实 现各种与位置相关的业务。
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6.2.2. GPS工作过程
• GPS导航系统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）.
③ 用户设备部分
• 用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功 能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待 测卫星,并跟踪这些卫星的运行。
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6.2.1. GPS构成
• 当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,就可测量出接 收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫 星轨道参数等数据。
• 根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定 位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理 位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。
• 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,并能在卫星中预存的导航信息。
• GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移， 导航精度会逐渐降低。
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6.2.1. GPS构成
② 地面控制系统
• 地面控制系统由监测站、主控制站、地面天线 所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市。 地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算 卫星星历、相对距离,大气校正等数据。
• 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。
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6.2.1. GPS构成
• GPS全球定位系统由空间部分、地面控制系统和用 户设备部分三部分组成。
① 空间部分
• GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫 星,3颗备用卫星）,它位于距地表20200km的上空, 均匀分布在6 个轨道面上,轨道倾角为55°。