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) 早、發(fā)展 成熟、應(yīng)用 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(jì)算距離需要一個非常簡單的公式，距離=速度×時間。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(jì)算并儲存的星歷 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“ 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 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：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(jì)算法），就能夠計(jì)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g(shù)ps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(jì)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(jiān)，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。

擴(kuò)展閱讀：定位技術(shù)的軼事

    各種定位技術(shù)首先運(yùn)用在軍事目的上，取得了輝煌戰(zhàn)果。比如gps制導(dǎo)的精確打擊武器改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭。而在反恐戰(zhàn)爭中更是體現(xiàn)了其獨(dú)特價(jià)值。俄羅斯擊斃車臣非法武裝頭目杜達(dá)耶夫等人的戰(zhàn)例，都是利用這些恐怖組織頭目使用手機(jī)或衛(wèi)星電話時，利用無線定位技術(shù)鎖定了恐怖分子藏身處，用導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)了斬首行動。

    海灣戰(zhàn)爭時為了緩解軍用gps接收裝置短缺的問題，美軍提前購買了數(shù)千套民用手持和固定式gps接收裝置裝備各參戰(zhàn)部隊(duì)，占到了所有的5300套接收裝置的85%。

相關(guān)文章

• 上一篇： 集成運(yùn)算放大器的互換性
• 下一篇： 內(nèi)存與頻率的關(guān)系