基于GSM蜂窝网络的无线定位装置设计

0 引 言
    全球移动通讯系统(Global System of Mobile com-munication，GSM)俗称“全球通”，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球可以共同使用一个移动电话网络标准，用户使用一部手机就能行遍全球，它采用全数字的信令和语音信道，是目前基于分时多址技术的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的系统。
    GSM网络现已成为我国移动通信网络的主体，中国的GSM网络已经是全世界最大的移动通信网络，它为国家的经济发展做出了巨大贡献。同时人们对无线定位的需求日益增多，如：车辆的防盗，野外供电设备、野外通信中继设备、野外自动检测设备等无人值守财产的防盗报警以及公共场所的停放，海关缉私定位追踪，防止老人的走失等。

1 无线定位技术
    无线定位按照空间位置可分为卫星无线定位和地面无线定位：卫星定位利用全球定位系统 (Global Posi-tion System，GPS)、全球导航卫星系统(Global Navi-gation Satellite System，GLONASS)以及我国的北斗双星等卫星系统实现移动目标的三维定位；地面无线定位则通过测量无线电波的传播时间、信号场强、相位、入射角度等参数实现移动目标的二维定位。蜂窝网络无线定位属于地面无线定位系统。GPS卫星定位在户外时可以获得精度很高的定位效果，但是它需要专门的接收设备，在大多数情况下使用不方便，另外在室内、市区密集的高楼之间等特殊情况下，GPS接收机无法接收到4颗及更多的GPS卫星信号，就会造成定位差甚至无法定位。
    GSM网络和CDMA网络都是蜂窝网络，所谓“蜂窝”即是一个地理区域被分成的若干个小区。基于GSM蜂窝网络的无线定位技术中CELL-ID法是最简单最直接的定位方法，也是目前最广泛应用的蜂窝网络定位方法，它通过采集移动台即定位装置所处的小区识别号(Cell-ID号)来确定其位置，每个蜂窝小区有惟一的识别码，因此其定位只能是区域定位。目前，国内GSM网基站密度很大，小区定位的精度可高达100 m。故本文采用CELL-ID法，在已有无线网络不做任何改变的情况下就可完成区域定位。

2 定位装置的设计与实现
2．1 定位系统设计
2．1．1 定位装置功能设计
    (1)具有位置跟踪和休眠两种工作模式，并可以通过短信进行设定。位置跟踪模式要求当位置变化时向指定的手机或设备发信息报告新的位置。休眠模式是装置以最小的能耗工作，当外部查询时唤醒并对查询进行应答。
    (2)支持对短信或者电话查询的应答。
    (3)支持短信对受信手机号码或GSM模块的设定。
    (4)待机时间超过120 h。
2．1．2 定位装置系统的组成
    定位装置组成如图1所示。GSM模块实时检测用户通过GSM网络发送短信或者拨打电话到定位装置，GSM模块收到短信或者电话信号后自动响应，并将响应得到的数据传送给单片机，单片机根据接收到的数据进行判断处理，然后发送AT指令到GSM模块，控制GSM模块工作并以短信的形式向用户回馈信息。

2．2 硬件设计
    定位装置硬件原理框图如图2所示。

    电话短信处理模块是单片机发送AT指令“ATH”到GSM模块，即执行挂断电话命令，然后提取电话号码，判断电话查询是否有效，有效就电话处理，无效则短信处理；位置检测模块是当有位置查询命令到达后，按照GSM蜂窝网络的CELL-ID定位法得到装置的当前位置；发送短信模块则是根据需求生成发送信息的内容并完成发送短信到指定手机。
2．4 装置的实现
    定位装置已成功地通过了多次性能测试，目前已用于某海关缉私队进行定位追踪，用户反映良好，装置的实物图如图4所示。

3 结语

    采用GSM蜂窝网络的无线定位装置能够在现有的无线网络基础上完成对定位精度要求不高的移动物体的位置跟踪要求。本文开发的装置虽然是为海关缉私用途开发，但设计思路可供类似的定位和位置跟踪参考。实际应用证明，该装置稳定、可靠，且具有易携带，成本低等优点，具有广阔的应用前景。