基于GSM蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無線定位裝置設(shè)計(jì)

0 引 言
全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)(Global System of Mobile com-munication，GSM)俗稱“全球通”，是第二代移動(dòng)通信技術(shù)，其開發(fā)目的是讓全球可以共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球，它采用全數(shù)字的信令和語(yǔ)音信道，是目前基于分時(shí)多址技術(shù)的移動(dòng)通信體制中最成熟、最完善、應(yīng)用最廣的系統(tǒng)。
GSM網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的主體，中國(guó)的GSM網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)是全世界最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，它為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。同時(shí)人們對(duì)無線定位的需求日益增多，如：車輛的防盜，野外供電設(shè)備、野外通信中繼設(shè)備、野外自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備等無人值守財(cái)產(chǎn)的防盜報(bào)警以及公共場(chǎng)所的停放，海關(guān)緝私定位追蹤，防止老人的走失等。

1 無線定位技術(shù)
無線定位按照空間位置可分為衛(wèi)星無線定位和地面無線定位：衛(wèi)星定位利用全球定位系統(tǒng) (Global Posi-tion System，GPS)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navi-gation Satellite System，GLONASS)以及我國(guó)的北斗雙星等衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)的三維定位；地面無線定位則通過測(cè)量無線電波的傳播時(shí)間、信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)、相位、入射角度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)的二維定位。蜂窩網(wǎng)絡(luò)無線定位屬于地面無線定位系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星定位在戶外時(shí)可以獲得精度很高的定位效果，但是它需要專門的接收設(shè)備，在大多數(shù)情況下使用不方便，另外在室內(nèi)、市區(qū)密集的高樓之間等特殊情況下，GPS接收機(jī)無法接收到4顆及更多的GPS衛(wèi)星信號(hào)，就會(huì)造成定位差甚至無法定位。
GSM網(wǎng)絡(luò)和CDMA網(wǎng)絡(luò)都是蜂窩網(wǎng)絡(luò)，所謂“蜂窩”即是一個(gè)地理區(qū)域被分成的若干個(gè)小區(qū)。基于GSM蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)中CELL-ID法是最簡(jiǎn)單最直接的定位方法，也是目前最廣泛應(yīng)用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位方法，它通過采集移動(dòng)臺(tái)即定位裝置所處的小區(qū)識(shí)別號(hào)(Cell-ID號(hào))來確定其位置，每個(gè)蜂窩小區(qū)有惟一的識(shí)別碼，因此其定位只能是區(qū)域定位。目前，國(guó)內(nèi)GSM網(wǎng)基站密度很大，小區(qū)定位的精度可高達(dá)100 m。故本文采用CELL-ID法，在已有無線網(wǎng)絡(luò)不做任何改變的情況下就可完成區(qū)域定位。

2 定位裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2．1 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1．1 定位裝置功能設(shè)計(jì)
(1)具有位置跟蹤和休眠兩種工作模式，并可以通過短信進(jìn)行設(shè)定。位置跟蹤模式要求當(dāng)位置變化時(shí)向指定的手機(jī)或設(shè)備發(fā)信息報(bào)告新的位置。休眠模式是裝置以最小的能耗工作，當(dāng)外部查詢時(shí)喚醒并對(duì)查詢進(jìn)行應(yīng)答。
(2)支持對(duì)短信或者電話查詢的應(yīng)答。
(3)支持短信對(duì)受信手機(jī)號(hào)碼或GSM模塊的設(shè)定。
(4)待機(jī)時(shí)間超過120 h。
2．1．2 定位裝置系統(tǒng)的組成
定位裝置組成如圖1所示。GSM模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)用戶通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信或者撥打電話到定位裝置，GSM模塊收到短信或者電話信號(hào)后自動(dòng)響應(yīng)，并將響應(yīng)得到的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷處理，然后發(fā)送AT指令到GSM模塊，控制GSM模塊工作并以短信的形式向用戶回饋信息。

2．2 硬件設(shè)計(jì)
定位裝置硬件原理框圖如圖2所示。

電話短信處理模塊是單片機(jī)發(fā)送AT指令“ATH”到GSM模塊，即執(zhí)行掛斷電話命令，然后提取電話號(hào)碼，判斷電話查詢是否有效，有效就電話處理，無效則短信處理；位置檢測(cè)模塊是當(dāng)有位置查詢命令到達(dá)后，按照GSM蜂窩網(wǎng)絡(luò)的CELL-ID定位法得到裝置的當(dāng)前位置；發(fā)送短信模塊則是根據(jù)需求生成發(fā)送信息的內(nèi)容并完成發(fā)送短信到指定手機(jī)。
2．4 裝置的實(shí)現(xiàn)
定位裝置已成功地通過了多次性能測(cè)試，目前已用于某海關(guān)緝私隊(duì)進(jìn)行定位追蹤，用戶反映良好，裝置的實(shí)物圖如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

采用GSM蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無線定位裝置能夠在現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上完成對(duì)定位精度要求不高的移動(dòng)物體的位置跟蹤要求。本文開發(fā)的裝置雖然是為海關(guān)緝私用途開發(fā)，但設(shè)計(jì)思路可供類似的定位和位置跟蹤參考。實(shí)際應(yīng)用證明，該裝置穩(wěn)定、可靠，且具有易攜帶，成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。