定位技術(shù)GPS/A-GPS/LBS/WIFI定位介紹

來源：本站整理 作者：08LR.CN 更新時間：2013年05月03日人氣：本日：9 本周：19 本月：34 總數(shù)：2134 次

??? 生活中，我們經(jīng)常見到所謂手機(jī)定位的應(yīng)用，對于不可以思議的追蹤技術(shù)，我們都會想：這如何辦到的?以現(xiàn)今的定位技術(shù)來而言，某種程度上精密準(zhǔn)確的追蹤已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，甚至超乎你的想象！各種各樣的定位技術(shù)其實(shí)早就內(nèi)置在你的智能手機(jī)上，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)走進(jìn)了我們的生活。

GPS 衛(wèi)星定位：手機(jī)定位的核心

??? 談到手機(jī)定位，相信不少人馬上想到“GPS衛(wèi)星定位”。的確，GPS定位系統(tǒng)可以說是出現(xiàn)最早、發(fā)展最成熟、應(yīng)用最廣泛的定位技術(shù)。GPS的英文全名是“Navigation Satellite Timing And Ranging / Global Position System”，即衛(wèi)星測時測距導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)。

??? 衛(wèi)星是如何準(zhǔn)確定位的呢？其實(shí)非常的簡單，衛(wèi)星信號中所包含的信息大致包括衛(wèi)星的星圖軌道信息和精確無比的時間信號（原子鐘校準(zhǔn)），通過速度、時間與距離的公式，再輔助上四點(diǎn)定位的原理就可以確定用戶的位置了。

??? 運(yùn)行于宇宙空間的GPS衛(wèi)星，每一個都在時刻不停地通過衛(wèi)星信號向全世界廣播自己的當(dāng)前位置坐標(biāo)信息。任何一個GPS接收器都可以通過天線很輕松地接收到這些信息，并且能夠讀懂這些信息。而計算距離需要一個非常簡單的公式，距離=速度×?xí)r間。在這里，速度是使用了一個絕對速度——光速。每一個GPS衛(wèi)星都在廣播自己的位置，在發(fā)送位置信息的同時，也會附加上該數(shù)據(jù)包發(fā)出時的時間戳。GPS接收器收到數(shù)據(jù)包后，用當(dāng)前時間減去時間戳上的時間，就是數(shù)據(jù)包在空中傳輸所用的時間了。知道了數(shù)據(jù)包在空中的傳輸時間，那么乘上它的傳輸速度，就是數(shù)據(jù)包在空中傳輸?shù)木嚯x，也就是該衛(wèi)星到GPS接收器的距離了。在理論上只需要搜尋到4顆衛(wèi)星就可以準(zhǔn)確定位。

??? 不過，GPS定位也有不少的缺點(diǎn)，如GPS信號受天氣和位置的影響較大、GPS終端內(nèi)存儲的軌道星歷圖時效一般不超過4小時等，使得人們開發(fā)出了A-GPS。

A-GPS：給GPS派個助手

??? 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)”。

??? 其實(shí)A-GPS 的定位方式和 GPS 是一樣的,只是加上網(wǎng)絡(luò)的輔助而已。移動基站是跟A-GPS服務(wù)器連接的，A-GPS服務(wù)保存了衛(wèi)星完整的軌跡資料，基站跟A-GPS服務(wù)器連接，就可以得到基站所處位置（基站的經(jīng)緯度都是有記錄的）上方的衛(wèi)星運(yùn)行軌道星歷，于是再把這兩樣數(shù)據(jù)通過GSM、CDMA等協(xié)議發(fā)到你的手機(jī)上，實(shí)時更新GPS芯片上的星歷，這樣GPS定位速度和精度都有很大的提升，哪怕冷啟動都能很快的定位。

??? 另外我們還可以采用另一種變通的方法：下載長效星歷。GPS芯片計算并儲存的星歷最多只能推演到4個小時內(nèi)的衛(wèi)星軌道，所以通過互聯(lián)網(wǎng)從A-GPS服務(wù)器上下載當(dāng)前位置（這個位置是到GPS芯片中獲取“最后一次定位的經(jīng)緯度”信息得到）上空若干天內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)（長效星歷）存放在手機(jī)上就可以加快搜星定位速度。比如聯(lián)發(fā)科MTK6589四核智能手機(jī)方案中包含的EPO技術(shù)，就是這樣一種長效星歷輔助技術(shù)。而SIRFIII芯片增加InstanceFIX功能也是讓你往GPS芯片上上傳長效星歷。GPS二次定位的時候可以參照這些信息，快速鎖定并解碼衛(wèi)星信號，不需要長時間的掃描和鎖定工作。

??? 但這個長效星歷也有一個最大的缺陷----不能實(shí)時獲取“當(dāng)前位置”。如果你在北京下了長效星歷，然后出差到上海，星歷依然失效，必須先要做一次漫長的“冷啟動”定位。

　　盡管A-GPS擁有較傳統(tǒng)GPS更好的性能，但其并沒有完全彌補(bǔ)傳統(tǒng)GPS的缺陷，比如室內(nèi)定位的問題目前仍然無法圓滿解決。

手機(jī)基站定位LBS：有手機(jī)信號就能定位！

??? 手機(jī)基站定位服務(wù)又叫做移動位置服務(wù)，也就是移動互聯(lián)網(wǎng)圈里大名鼎鼎的LBS——Location Based Service。

??? 它是通過移動通信運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)獲取移動終端用戶的位置信息（經(jīng)緯度坐標(biāo)），在電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種業(yè)務(wù)。

??? 其大致原理為：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（Time of Arrival，到達(dá)時刻）或TDOA(Time Difference of Arrivalm，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。以TDOA定位技術(shù)為例:由手機(jī)發(fā)送信號至鄰近數(shù)個基地臺(二維空間定位至少需3個基地臺)，利用雙曲線的特性(兩焦點(diǎn)至曲線上的距離差值是定值)在兩兩基地臺間利用時間差來畫制雙曲線，兩組雙曲線之交點(diǎn)即為手機(jī)位置，定位精度依據(jù)基地臺分布的幾何位置有很大的影響。

??? 像谷歌手機(jī)地圖等各類手機(jī)地圖軟件中的粗略定位等等都是利用基站定位來實(shí)現(xiàn)的。這種定位技術(shù)不需要手機(jī)具有GPS定位能力，但是精度依賴于基站的分布密度及覆蓋范圍的大小，測量的基站數(shù)目越多，測量精度越高。由于基站位置和密度問題，定位精度可以從100米內(nèi)到上千米浮動，一般在城市可作為參考，稍微偏僻地區(qū)則有很大誤差。

WiFi定位：“靈異”定位技術(shù)

??? 如果你還不知道WiFi定位技術(shù)的話，那么你一定經(jīng)歷這樣的情況：你發(fā)現(xiàn)不支持3G的平板電腦或者是沒插SIM卡，或是進(jìn)入飛行模式關(guān)閉移動信號的智能手機(jī)在家里打開 WiFi 的情況下竟然可以在谷歌地圖上精確定位到自己所在地。

??? 到底這是怎么做到的？顯然不可能是靠 IP 地去查詢！其實(shí)這背后的關(guān)鍵是WiFi定位技術(shù)。其實(shí)Wi-Fi定位技術(shù),其原理與基站定位類似。我們都知道每一個無線AP都有一個全球唯一的MAC地址, WiFi定位靠的是偵測附近周圍所有的無線網(wǎng)絡(luò)基地臺 (WiFi Access Point) 的 MAC地址，去比對數(shù)據(jù)庫中該 MAC地址的坐標(biāo)，交叉計算出所在地。此法尚須有網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)做數(shù)據(jù)庫查詢才能完成定位。所以問題來了：這份無線網(wǎng)絡(luò)基地臺 MAC地址對應(yīng)到經(jīng)緯度的數(shù)據(jù)庫，是怎么建立起來的呢？基礎(chǔ)建設(shè)靠的是谷歌街景車。

WiFi定位數(shù)據(jù)庫被稱為Skyhook，收集無線接入點(diǎn)和移動基站信息

??? 谷歌街景車除了拍下街景、建立建筑物 3D 模型數(shù)據(jù)以外，另外還做一件事情：沿路搜集所有公開的無線路由器的 MAC 地址和手機(jī)基站的ID，與當(dāng)時的經(jīng)緯度一并記錄。

??? 其實(shí)你在使用移動終端+谷歌地圖定位程序時，也等于在幫忙做這件事情——當(dāng) WiFi 與手機(jī)基地臺定位或 GPS 定位同時開啟時，手持裝置憑借手機(jī)基地臺定位或 GPS 定位這兩種方式可以獲得目前的坐標(biāo)，再通過 WiFi 搜尋到附近所有的 無線路由MAC地址，從后臺向谷歌的數(shù)據(jù)庫做更新，這樣無需街景車測量就獲得了定位數(shù)據(jù)。iOS/安卓手機(jī)用戶在開啟“使用無線網(wǎng)絡(luò)定位”時會提示是否允許谷歌的定位服務(wù)手機(jī)匿名地點(diǎn)數(shù)據(jù)，就是這個意思。

??? 以上所有信息傳到服務(wù)器之后，服務(wù)器會對這些信息做處理，濾掉明顯錯誤的信息，用這些輸入的信息經(jīng)過一個算法，處理出來一個位置信息記錄，存在數(shù)據(jù)庫里面。當(dāng)這些記錄越來越多的時候，能夠查詢到的位置就越來越準(zhǔn)確。而擁有如此龐大的數(shù)據(jù)庫，又能夠號召每個移動終端幫忙更新維護(hù)這個數(shù)據(jù)庫的，大概也只有谷歌了。

總結(jié)

　　GPS老而彌堅，基站定位、WiFi定位等簡約式定位技術(shù)的興起，開拓了整個移動定位服務(wù)的市場。正是有了這些技術(shù)，移動互聯(lián)網(wǎng)社交網(wǎng)絡(luò)的“溝通、分享”，電子商務(wù)的“吃、喝、玩、樂、購”服務(wù)才真正走進(jìn)了我們的日常生活。

《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實(shí)踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結(jié)

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