移动互联网时代，手机成了每个人的生活标配|鲜枣课堂

来源 |鲜枣教室

作者 |小枣君

在当今移动互联网时代，手机已经成为每个人生活的标配。

在这些手机中，安装了各种APP，提供各种服务，彻底改变了我们的生活。

在这些服务中，包括我们今天的主角——定位。

每一个人，每一件物品，在这个地球上都有一个空间位置信息，这就是定位。这很重要，我们靠它来找到这个人或这个东西。

自人类文明诞生以来，人们就发明了地图来指示位置信息。但由于技术手段的落后，人们只能通过参照物来定位“佛系”。

佛系，随心所欲

后来随着罗盘和罗盘的出现，人类的定位能力不断提高，定位精度也不断提高。

郑和下西洋，用“星相”定位

进入现代后，随着社会的进步和科技的发展，定位技术突飞猛进。我们几乎可以测量和定位世界的每个角落。

世界地图

用于定位的设备和技术已从航海航空、测绘救灾、军事国防等“高水平”领域逐步渗透到普通百姓的生活中，成为不可或缺的部分。如车辆导航、物流跟踪、交通管理等。

车载定位导航

那么，你在使用手机定位服务的时候，有没有想过这些问题：

手机是如何实现定位的？它是如何工作的？

卫星定位大家都知道，那么，卫星定位方法只有一种吗？为什么有时候不打开手机卫星定位开关也能定位？

如果我们在室内，没有卫星信号覆盖，是不是根本无法定位？

…

今天的文章将揭示这些问题的答案。

卫星定位

定位，我们通常根据使用场景分为室内定位和室外定位。

让我们从最常用的户外定位开始。

目前最主流的户外定位方式，也就是我们刚才提到的，就是卫星定位。

卫星定位是一种利用人造地球卫星测量点位置的技术。它也是应用最广泛、最受欢迎的定位技术。其特点非常突出，即精度高、速度快、使用成本低。

然而，目前世界上只有少数几个国家有能力建立和维护卫星定位系统。

大家都很有名，包括：美国的GPS，中国的北斗（BDS），欧洲的伽利略，俄罗斯的GLONASS。此外，还有日本的准天顶系统（QZSS）和印度的IRNSS。

让我们以使用最广泛的美国 GPS 系统为例。

GPS，英文全称是Global Positioning System，全球定位系统。

它始于 1958 年的美国军事项目，于 1964 年投入使用，并于 1994 年全面部署。

GPS系统的主要用途是为陆、海、空三大领域以及情报收集、核爆监测和应急等军事用途提供实时、全天候和全球导航服务通讯。

该系统由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为在轨备用卫星。它们共同构成了 GPS 卫星星座。

24颗卫星的高度为距地面20200公里，运行周期为11小时58分（12小时恒星时），均匀分布在6个轨道平面内。

一般情况下，地球表面任何一点任何时间，平均可以同时观测到6颗GPS卫星，最多可以观测到10颗卫星。

除了天上的卫星，当然还需要地面上的相关设备进行配合和监测，也就是地面监测系统。

GPS工作卫星地面监测系统包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。

GPS导航系统的基本原理是测量已知位置的卫星与用户接收器之间的距离，然后结合多颗卫星的数据就可以知道接收器的具体位置。

我们的手机内置了GPS模块和天线，相当于一个接收器，负责接收和处理GPS数据。

这些数据被手机操作系统或APP应用软件（如百度地图）调用，用于精准定位。

温馨提示：有兴趣可以安装“GPS雷达”之类的APP，随时查看手机能找到哪些定位卫星：

随便扫了一下，头上的卫星还蛮多的

卫星定位事关国家安全，当然不能完全依赖外国。因此，虽然GPS系统已经非常成熟，但我国已经发展了北斗系统。

弹道导弹不能用旧的美国卫星定位，对吧？

目前，我们的北斗系统已经具备商用能力。配合参考站，可为客户提供精确到10米的定位服务，媲美GPS。

同时，北斗也弥补了GPS的不足，具备短消息能力（GPS卫星广播单向，不具备双向通信能力，功能略单一一）.

对于GPS这样的卫星定位系统来说，影响定位精度的因素主要来自两个方面，一是大气中的电离层（在太阳光的照射下，电离层充满离子和电子，影响定位精度）。 GPS信号。这个电磁波的影响很严重），另一个是多径效应（由于建筑物等的影响，直接信号和反射信号的到达时间不同，造成信号干扰）。

不过，一般来说，如果天气还行，GPS定位精度也不会太差。

基站位置

好了，说完卫星定位，我们再来看看地面定位。

谈到地面定位，您首先想到的是什么？哈哈，是雷达吗？

的确，雷达作为一种搜索和定位技术，广泛应用于军事和民用领域。不过毕竟普通手机的数量非常多，生活场所的障碍也非常复杂。从技术和成本上看，不适合用雷达来定位。

龙珠雷达其实是个好东西

那我们该怎么办？

其实可以使用的方法有很多。最常用的是基站定位，也就是常说的LBS，Location Based Service。

基站定位原理与雷达类似。大家都知道雷达定位就是发射雷达波，根据目标的反射来测量空间位置。

如果基站被定位，那么基站就相当于一个“雷达”。

通常，在一个城市，一部手机会处于多个基站的覆盖范围内。手机会“测量”不同基站的下行导频信号，得到每个基站信号的TOA（到达时间）或TDOA（到达时间差）。根据这个测量结果，结合基站的坐标，就可以计算出手机的坐标了。

画个图你就明白了：

明白，三分之一。

基站定位精度不高，误差在100米到几千米左右。误差的主要原因来自基站的位置和密度。总之，基站越多，密度越高，定位精度就越高。基站与手机之间的障碍物越少，定位精度越好。

通常农村基站定位精度低，因为农村基站少，盲区多。有时只有一个站的信号，当然不可能准确定位。

一个站可以定位一个圆，但不能定位一个点

除了上面提到的基站定位手机军事网导航，如果你对定位精度要求不高，也可以直接查看手机当前所在的小区信息来确认目标位置。

我们所有的手机，只要连接到运营商的网络，就相当于在网络上“注册”了。当前连接的基站信息可以在手机中找到。

在拨号界面输入*#*#4636#*#*，查看对应的基站信息

对于 Apple，输入 *3001#12345#*

在运营商方面，这些信息也很容易找到。即使你关机，运营商HSS（负责管理用户数据的设备）也能找到你之前所在的基站小区。

这种方法查位置比较快，但是准确率很低。一个基站的覆盖范围从几百米到几公里。

Wi-Fi 位置

除了基站定位，还有一种大家可能不熟悉的地面定位方式，那就是Wi-Fi定位。

可以，Wi-Fi 也可以定位！

您可能认为 Wi-Fi 位置是指 IP 地址位置。其实不是！

每个人都知道，每个上网的人都会有一个公共 IP 地址。这些IP地址是在网络系统中注册的，比如南京电信或者上海联通的。

IP 地址会粗略地跟踪您的位置（运营商可能更精确），但是，这种定位方式存在一些限制。一方面，现在很多运营商都使用NAT技术，不一定给每个用户分配一个公网地址。另一方面，IP 地址很容易被欺骗。如果我创建一个代理地址，您看到的 IP 可能来自美国。 .

我所说的Wi-Fi定位与上面的IP地址定位完全不同，它是基于Wi-Fi路由器MAC地址的。

每个无线AP（Wi-Fi路由器）都有一个全球唯一的MAC地址，一般来说，无线AP在一段时间内是不会移动的。

Wi-Fi开启后，采集设备（如手机）可以搜索到该无线AP的信号，获取其MAC地址和信号强度信息。

采集设备将信息上传到服务器，服务器计算后保存为“MAC-经纬度”的映射。当收集到足够的信息后手机军事网导航，就会在服务器上建立一个庞大的 Wi-Fi 信息数据库。

当设备在这样的网络中时，它可以将收集到的可以识别AP的数据发送到位置服务器，服务器检索每个AP的地理位置，并结合每个信号的强度。计算设备的地理位置并将其返回给用户设备。计算方式与基站定位计算方式类似，同样采用三点定位或多点定位技术。

定位服务提供商应不断更新和补充自己的数据库，以确保数据的准确性。

那么问题来了，这些AP位置映射数据是如何收集的？

大致可以分为主动收藏和用户提交两种。

Google 的街景车，没想到吧？它是一个收集设备。它收集沿途的无线信号并标记GPS定位的坐标并将其发送回服务器。

谷歌街景汽车

Android手机用户开启“使用Wi-Fi定位”时，会提示是否允许谷歌的定位服务。如果是这样，谷歌将收集用户的位置信息。 iPhone 会自动收集 Wi-Fi MAC 地址、GPS 位置信息、运营商基站代码等，并发送到苹果的服务器。

与基站定位一样，Wi-Fi 定位在 AP 密集的地方效果很好。如果AP很少，很难准确定位。

一般来说，Wi-Fi定位很难实现，可用性和准确率都不高。因此，它主要是一种辅助定位方法。

A-GPS 定位

说到辅助，我们说的是 A-GPS。

A-GPS、辅助 GPS、辅助全球定位卫星系统。顾名思义，这是对 GPS 的增强。

A-GPS 网络架构

这项技术是GPS定位和基站定位的结合。

手机通过基站粗略定位自己的位置，然后将位置告诉AGPS服务器，服务器将经过你头顶的卫星的参数反馈给你（编号、频率、位置、海拔）角度等）基于此位置信息。您手机的 GPS 可以快速搜索卫星。

如果采用A-GPS，手机搜星速度大大提升，几秒就能定位。

以上是常用的户外定位技术。

其实说实话，最靠谱的方式就是卫星定位。人们经常发现自己被定位在河里，主要是因为卫星没有信号，然后被基站定位和Wi-Fi定位困住了。 . .

室内定位

实际上，GPS等定位技术虽然精度高，但也有一个明显的缺点，就是无法穿透建筑物，无法实现室内定位。

但是，室内定位需求旺盛。例如，在地下车库中，人们经常忘记他们的车停在哪里。另外，大型商场人多，会很难找人。如果孩子迷路了，也需要找到它。

地下车库，很考验人的方向感

工业上也有定位需求，比如工厂的产线跟踪、资产管理等。

现在我们都在谈论“万物互联”，那么你必须知道的东西在哪里？

物联网、物联网

对于这种室内定位需求，我们应该使用什么样的定位方式？

其实任何通讯技术本身都会有定位功能。就像我们刚才提到的基站定位和Wi-Fi定位一样，它们都是通信技术，但是通过测量时间差，两者都可以进行位置测量。

那么，短距离通信技术和室内定位技术有哪些？

例如蓝牙定位、红外定位、RFID射频定位、超声波定位、Zigbee定位、UWB定位，都属于室内定位技术。 Wi-Fi 定位，其实也适用于室内。

Wi-Fi 室内定位

我们简单介绍几个比较典型的。

首先，我们来谈谈蓝牙定位。

众所周知，蓝牙是一种短距离、低功耗的无线传输技术。

蓝牙定位是通过在指定区域安装信标（可以发射蓝牙信号）来实现精确定位。这些信标比手机还小，每隔几米放置一次，能够与所有配备蓝牙模块的移动设备通信。

蓝牙定位网络

蓝牙定位的优点是设备体积小、距离短、功耗低，便于集成到手机等移动设备中。只要打开设备的蓝牙功能，就可以定位到。

说起蓝牙定位，就不得不提iBeacon，这是苹果2013年推出的低功耗精准微定位服务，它比以往的普通蓝牙技术传输距离更长，精度更高。

另一种流行的室内定位技术是 UWB 超宽带。

Ultra-Wideband (UWB) 定位技术利用预先安排好的锚节点和已知位置的桥接节点与新增的盲节点进行通信，并通过三角测量或“指纹”定位来确定位置。

UWB室内定位技术

UWB通信在传统通信系统中不需要使用载波，而是通过发送和接收纳秒或更短的极窄脉冲来传输数据，因此它具有GHz量级的带宽。

由于UWB技术具有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、可提供精准定位精度等优点，因此前景也相当广阔。

由于篇幅所限，其他室内定位技术不再一一介绍。

需要提到的是，GPS定位、基站定位等方法对于搭建系统的门槛很高。无论是技术还是资金，都是普通企业无法承受的。但是，室内定位技术完全不同。它不需要大量的投资，技术难度要小得多。因此，现在很多公司都在研究和制造很多成熟的产品。这块的市场前景还是很广阔的。

结论