手機(jī)常用的定位方式有：

1.衛(wèi)星定位：手機(jī)定位的核心。包括美國的GPS，中國的北斗(BDS)、歐洲的伽利略(Galileo)、俄羅斯的格洛納斯(Glonass)。此外，還有日本的準(zhǔn)天頂系統(tǒng)（QZSS）和印度的IRNSS。

2.移動基站定位：有手機(jī)信號就能定位！

3.WiFi輔助定位：“靈異”定位技術(shù)

4.A-GPS定位：給GPS派個助手

5.室內(nèi)定位。包括藍(lán)牙定位、紅外定位、RFID射頻定位、超聲波定位、Zigbee定位、UMB定位等。Wi-Fi定位，其實也一樣適用于室內(nèi)。

下面詳細(xì)介紹：

1.衛(wèi)星定位

目前最主流的室外定位方式，就是衛(wèi)星定位。

衛(wèi)星定位，是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點位測量的技術(shù)，也是目前使用最為廣泛、最受用戶歡迎的定位技術(shù)。它的特點非常突出，就是精度高、速度快、使用成本低。

但是，目前世界上只有少數(shù)國家，具備建設(shè)和維護(hù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的能力。

大家所熟知的，包括：美國的GPS，中國的北斗(BDS)、歐洲的伽利略(Galileo)、俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)。此外，還有日本的準(zhǔn)天頂系統(tǒng)（QZSS）和印度的IRNSS。

我們就拿使用最為廣泛的美國GPS系統(tǒng)來說吧。

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導(dǎo)航定位和測速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進(jìn)行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位。

它起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用，1994年徹底布設(shè)完成。

GPS系統(tǒng)的主要建設(shè)目的，是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報搜集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。

GPS系統(tǒng)構(gòu)成

GPS系統(tǒng)包括三大部分:空間部分—GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分—地面監(jiān)控部分；用戶設(shè)備部分—GPS信號接收機(jī)。如下圖：

GPS工作衛(wèi)星及其星座

21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座。24顆衛(wèi)星距地高度為20200km，運行周期為11小時58分(恒星時12小時)，均勻分布在6個軌道平面內(nèi),軌道傾角為55度,各個軌道平面之間相距60度，每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間相差90度。衛(wèi)星通過天頂時,衛(wèi)星可見時間為5個小時，在地球表面上任何地點任何時刻，在高度角15度以上，平均可同時觀測到6顆衛(wèi)星，最多可達(dá)9顆衛(wèi)星。示例下圖：

為了解算測站的三維坐標(biāo)，必須觀測4顆GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。

地面監(jiān)控系統(tǒng)

對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷—描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一個重要作用是保持各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差，然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。

GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時，它還對衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時，調(diào)度備用衛(wèi)星，替代失效的工作衛(wèi)星工作；另外，主控站也具有監(jiān)控站的功能；監(jiān)控站主要任務(wù)是為主控站提供衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)；注入站任務(wù)是將主控站發(fā)來的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲器。

GPS信號接收機(jī)

能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。

GPS定位原理

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距）。

當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡稱偽碼)發(fā)射導(dǎo)航電文。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。

然而，由于用戶接受機(jī)使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外,還要引進(jìn)一個變量 t 即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。如下圖所示：

圖：GPS位置計算方法

從以上四個方程中解出x，y，z和t就可以定時、定位。

GPS定位方式，不需要sim卡，不需要連接網(wǎng)絡(luò)，只要在戶外，基本上隨時隨地都可以準(zhǔn)確定位。其他類型衛(wèi)星定位方式與GPS差不多，不再講述。

我們的手機(jī)，內(nèi)置了GPS模塊和天線，相當(dāng)于接收機(jī)，負(fù)責(zé)GPS數(shù)據(jù)的接收和處理。

這些數(shù)據(jù)被手機(jī)操作系統(tǒng)或APP應(yīng)用軟件（例如百度地圖）調(diào)用，起到精確定位的目的。

小提示：大家如果有興趣的話，可以安裝類似“GPS雷達(dá)”這樣的APP，隨時查看自己的手機(jī)現(xiàn)在能搜到哪幾顆定位衛(wèi)星：

衛(wèi)星定位這個東西，涉及到國家安全，當(dāng)然不能完全依賴于國外。所以，盡管GPS系統(tǒng)非常成熟，我們國家還是開發(fā)了北斗系統(tǒng)。

彈道導(dǎo)彈，總不能用人家老美的衛(wèi)星來定位吧？

截至目前，我們的北斗系統(tǒng)已經(jīng)具備商用能力，配合基準(zhǔn)站，能給客戶提供精確到10米的定位服務(wù)，和GPS不相上下。

同時，北斗也彌補(bǔ)了GPS的不足，具備短報文能力（GPS衛(wèi)星是單向廣播的，不具備雙向通信能力，功能略顯單一）。限于篇幅，今天對北斗不多做介紹，下次專門開專題來講。

對于GPS這樣的衛(wèi)星定位系統(tǒng)來說，影響定位精度的因素主要來自兩個方面，一個是大氣層中的電離層（電離層在太陽光的照射下充滿了離子和電子，對GPS信號這種電磁波的影響嚴(yán)重），還有一個是多徑效應(yīng)（以前介紹通信基礎(chǔ)的時候講過，因為建筑等影響，直射信號和反射信號抵達(dá)的時間不同，造成信號干擾）。

不過總的來說，如果天氣OK，GPS的定位精度都不會太差。

2.移動基站定位

因為處在相同頻率范圍的信號會相互干擾，為防止相鄰基站相互干擾，相鄰的基站會選擇不同的信道（不同頻率范圍的信號）與移動設(shè)備通信。如上圖是一個蜂窩移動基站的示意圖，其任意相鄰的兩個基站都具有不同的通信頻段?；静皇枪铝⒋嬖诘?，其覆蓋區(qū)域相互交接，組成一張巨大的移動通信網(wǎng)絡(luò)（如下圖）。

圖：蜂窩基站

移動設(shè)備在插入sim卡開機(jī)以后，會主動搜索周圍的基站信息，與基站建立聯(lián)系，而且在可以搜索到信號的區(qū)域，手機(jī)能搜索到的基站不止一個，只不過遠(yuǎn)近程度不同，再進(jìn)行通信時會選取距離最近、信號最強(qiáng)的基站作為通信基站。

其余的基站并不是沒有用處了，當(dāng)你的位置發(fā)生移動時，不同基站的信號強(qiáng)度會發(fā)生變化，如果基站A的信號不如基站B了，手機(jī)為了防止突然間中斷鏈接，會先和基站B進(jìn)行通信，協(xié)調(diào)好通信方式之后就會從A切換到B。這也就是為什么同樣是待機(jī)一天，你在火車上比在家里耗電要多的原因，手機(jī)需要不停的搜索、連接基站。每次坐火車，我都會把手機(jī)調(diào)成飛行模式，看看電影、聽聽歌，依然可以維持很長時間。

圖：移動網(wǎng)絡(luò)

如上圖所示，在這張巨大移動網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)你所在的小區(qū)，所從屬的基站就可大致知道你的位置信息，如果再加上一些估計算法，就可以更確切的找出你的位置。

基站定位原理

移動電話測量不同基站的下行導(dǎo)頻信號，得到不同基站下行導(dǎo)頻的TOA（到達(dá)時刻）或 TDOA(到達(dá)時間差)，根據(jù)該測量結(jié)果并結(jié)合基站的坐標(biāo)，一般采用三角公式估計算法，就能夠計算出移動電話的位置。實際的位置估計算法需要考慮多基站(3個或3個以上)定位的情況，因此算法要復(fù)雜很多。一般而言，移動臺測量的基站數(shù)目越多，測量精度越高，定位性能改善越明顯。

上面的介紹有點官方，不是很容易理解。直白的說，距離基站越遠(yuǎn)，信號越差，根據(jù)手機(jī)收到的信號強(qiáng)度可以大致估計距離基站的遠(yuǎn)近，當(dāng)手機(jī)同時搜索到至少三個基站的信號時（現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋這是很輕松的一件事情），大致可以估計出距離基站的遠(yuǎn)近；基站在移動網(wǎng)絡(luò)中是唯一確定的，其地理位置也是唯一的，也就可以得到三個基站（三個點）距離手機(jī)的距離，根據(jù)三點定位原理，只需要以基站為圓心，距離為半徑多次畫圓即可，這些圓的交點就是手機(jī)的位置。網(wǎng)傳的微信三點定位原理也是這個樣子。

圖：三點定位原理

由于基站定位時，信號很容易受到干擾，所以先天就決定了它定位的不準(zhǔn)確性，精度大約在150米左右，基本無法開車導(dǎo)航。定位條件是必須在有基站信號的位置，手機(jī)處于sim卡注冊狀態(tài)（飛行模式下開wifi和拔出sim卡都不行），而且必須收到3個基站的信號，無論是否在室內(nèi)。

但是，定位速度超快，一旦有信號就可以定位，目前主要用途是沒有GPS且沒有wifi的情況下快速大體了解下你的位置。另外，如果你的手機(jī)里沒有基站位置數(shù)據(jù)包，還需要聯(lián)網(wǎng)才行。

除了上面所說的基站定位之外，如果你對定位精度要求不高的話，也可以直接查看手機(jī)當(dāng)前所在的小區(qū)信息，來確認(rèn)目標(biāo)位置。

我們所有的手機(jī)，只要連接到運營商的網(wǎng)絡(luò)，就相當(dāng)于“登記”在網(wǎng)絡(luò)里。當(dāng)前連接的基站信息，在手機(jī)中都可以查到。

在運營商那邊，也非常容易查到這個信息。即使你關(guān)機(jī)了，運營商HSS（負(fù)責(zé)管理用戶數(shù)據(jù)的設(shè)備）都能查到之前你所在的基站小區(qū)。

這種方式查看位置比較快，但是精度就很低，一個基站覆蓋的范圍，從幾百米到幾公里不等。

3.WiFi輔助定位

除了基站定位之外，還有一個大家可能比較陌生的地面定位方式，就是Wi-Fi定位。

沒錯，Wi-Fi也可以定位喲！

也許你會認(rèn)為，我所說的Wi-Fi定位，就是IP地位定位。其實并不是哦！

大家都知道，每個人上網(wǎng)，都會有一個公網(wǎng)IP地址。這些IP地位，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中都是有注冊的，例如屬于南京電信或上海聯(lián)通，之類的。

IP地址確實可以大致追蹤到你的位置（運營商可以查得更準(zhǔn)確），但是，這種定位也有局限性。一方面，現(xiàn)在很多運營商都采用NAT技術(shù)，不一定會給每個用戶分配公網(wǎng)地址，另一方面， IP地址很容易欺騙，我如果搞一個代理地址，你看到的IP，可能是美國的。

我所說的Wi-Fi定位，和上面的IP地址定位完全不同，是根據(jù)Wi-Fi路由器MAC地址進(jìn)行定位。

每一個無線AP（路由器）都有一個全球唯一的MAC地址，并且一般來說無線AP在一段時間內(nèi)不會移動；

設(shè)備在開啟Wi-Fi的情況下，無線路由器默認(rèn)都會進(jìn)行SSID廣播（除非用戶手動配置關(guān)閉該功能），在廣播幀包含了該路由器的MAC地址；

采集裝置可以通過接收周圍AP發(fā)送的廣播信息獲取周圍AP的MAC信息和信號強(qiáng)度信息，將這些信息上傳到服務(wù)器，經(jīng)過服務(wù)器的計算，保存為“MAC-經(jīng)緯度”的映射，當(dāng)采集的信息足夠多時候就在服務(wù)器上建立了一張巨大的WiFi信息網(wǎng)絡(luò)；

當(dāng)一個設(shè)備處在這樣的網(wǎng)絡(luò)中時，可以將收集到的這些能夠標(biāo)示AP的數(shù)據(jù)發(fā)送到位置服務(wù)器，服務(wù)器檢索出每一個AP的地理位置，并結(jié)合每個信號的強(qiáng)弱程度，計算出設(shè)備的地理位置并返回到用戶設(shè)備，其計算方式和基站定位位置計算方式相似，也是利用三點定位或多點定位技術(shù)；

位置服務(wù)商要不斷更新、補(bǔ)充自己的數(shù)據(jù)庫，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)某些WiFi信息不在數(shù)據(jù)庫中時，可以根據(jù)附近其他的WiFi位置信息推斷出未知WiFi的位置信息，并上傳服務(wù)器。

那么，問題來了，這些AP位置映射數(shù)據(jù)怎么采集的呢？

大致可以分為兩種——主動采集和用戶提交。

主動采集：

谷歌的街景拍攝車，沒想到吧？它就是一個采集設(shè)備。它采集沿途的無線信號并打上通過GPS定位出的坐標(biāo)回傳至服務(wù)器。

圖：Google街景拍攝車

用戶提交

Android手機(jī)用戶在開啟“使用無線網(wǎng)絡(luò)定位”時，會提示是否允許使用Google的定位服務(wù)，如果允許，用戶的位置信息就被谷歌收集到。iPhone則會自動收集Wi-Fi的MAC地址、GPS位置信息、運營商基站編碼等，并發(fā)送給蘋果公司的服務(wù)器。

和基站定位一樣，Wi-Fi定位在AP密集的地方有很好的效果。如果AP很少，那也很難定位準(zhǔn)確。

總的來說，Wi-Fi這種定位方式的執(zhí)行難度比較大，可用性和準(zhǔn)確性也不高。所以，主要還是一種輔助性質(zhì)的定位手段。

4.A-GPS定位

說到輔助，我們就要說到A-GPS了。

A-GPS，英文全稱為“Assisted Global Positioning System”，中文意思是“輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”。

這個技術(shù)，就是將GPS定位和基站定位兩種技術(shù)相結(jié)合。

手機(jī)通過基站大致定位自己的位置，然后把位置告訴AGPS服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)這個位置信息，將此時經(jīng)過你頭頂?shù)男l(wèi)星參數(shù)（哪幾顆、頻率、位置、仰角等信息）反饋給你的手機(jī)，你手機(jī)的GPS就可以快速搜索衛(wèi)星。

采用A-GPS的話，手機(jī)搜星速度大大提高，幾秒鐘就可以定位。

以上，就是常用的室外定位技術(shù)。

5.室內(nèi)定位

事實上，像GPS這樣的定位技術(shù)，雖然精度高，但是有一個明顯的缺點，就是無法穿透建筑物，不能實現(xiàn)室內(nèi)定位。

但是，人們對室內(nèi)定位是有強(qiáng)烈需求的。例如地下車庫，人們經(jīng)常會忘記自己的車停在哪里。此外，在大型商場人流較多，找人會存在困難，小孩走失的話，也會需要定位。

圖：地下車庫

在工業(yè)方面，也有定位需求，例如廠房內(nèi)的生產(chǎn)線跟蹤，資產(chǎn)管理等。

現(xiàn)在我們都在說“萬物互聯(lián)”，那么，物在哪里，你總要知道的吧？

圖：IoT，物聯(lián)網(wǎng)

對于這種室內(nèi)定位需求，我們應(yīng)該采用什么樣的定位手段呢？

其實，任何一種通信技術(shù)，本身都會帶有定位功能。就像我們剛才說的基站定位和Wi-Fi定位，本身都是通信技術(shù)，但是通過測量時間差，都能夠進(jìn)行位置測量。

所以，短距離通信技術(shù)有哪些，室內(nèi)定位技術(shù)，就有哪些。

例如，藍(lán)牙定位、紅外定位、RFID射頻定位、超聲波定位、Zigbee定位、UMB定位，全部都屬于室內(nèi)定位技術(shù)。Wi-Fi定位，其實也一樣適用于室內(nèi)。

圖：Wi-Fi室內(nèi)定位

我們簡單介紹幾個比較典型的吧。

首先，說說藍(lán)牙定位。

藍(lán)牙，大家都很熟悉，是一種短距離低功耗的無線傳輸技術(shù)。

藍(lán)牙定位，就是通過在指定區(qū)域安裝信標(biāo)（可以發(fā)出藍(lán)牙信號），實現(xiàn)精確定位。這些比手機(jī)要小的信標(biāo)，每隔幾米放置一個，能夠與所有裝有藍(lán)牙模塊的移動設(shè)備進(jìn)行通信。

圖：藍(lán)牙定位組網(wǎng)

藍(lán)牙定位的優(yōu)點，是設(shè)備體積小、短距離、低功耗，容易集成在手機(jī)等移動設(shè)備中。只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟，就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行定位。

說到藍(lán)牙定位，就要提一下iBeacon，這是蘋果公司2013年推出的一種低功耗精準(zhǔn)微定位服務(wù)。它比以往普通藍(lán)牙技術(shù)傳輸距離更遠(yuǎn)，精度更高。

另外一個比較受歡迎的室內(nèi)定位技術(shù)，是UWB超寬帶。

超寬帶（UWB）定位技術(shù)利用事先布置好的已知位置的錨節(jié)點和橋節(jié)點，與新加入的盲節(jié)點進(jìn)行通訊，并利用三角定位或者“指紋”定位方式來確定位置。

圖：UMB室內(nèi)定位技術(shù)

超寬帶通信不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，因此具有GHz量級的帶寬。

由于UWB技術(shù)具有穿透力強(qiáng)、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點，前景也是相當(dāng)廣闊。

需要提一句的是，像GPS定位、基站定位這樣的方式，搭建系統(tǒng)有很高的門檻，不管是技術(shù)，還是資金，都不是一般企業(yè)能夠承受的。但是，室內(nèi)定位技術(shù)完全不同，它并不需要很大的投資，而且技術(shù)難度也小得多，所以，現(xiàn)在很多公司都在研究，也做出了不少成熟產(chǎn)品。這一塊的市場前景，還是非常廣闊的。