手機常用的定位方式有：

1.衛星定位：手機定位的核心。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，還有日本的準天頂系統（QZSS）和印度的IRNSS。

2.移動基站定位：有手機信號就能定位！

3.WiFi輔助定位：“靈異”定位技術

4.A-GPS定位：給GPS派個助手

5.室內定位。包括藍牙定位、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。

下面詳細介紹：

1.衛星定位

目前最主流的室外定位方式，就是衛星定位。

衛星定位，是利用人造地球衛星進行點位測量的技術，也是目前使用最為廣泛、最受用戶歡迎的定位技術。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國家，具備建設和維護衛星定位系統的能力。

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，還有日本的準天頂系統（QZSS）和印度的IRNSS。

我們就拿使用最為廣泛的美國GPS系統來說吧。

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統，是由美國建立的一個衛星導航定位系統，利用該系統，用戶可以在全球范圍內實現全天候、連續、實時的三維導航定位和測速；另外，利用該系統，用戶還能夠進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年徹底布設完成。

GPS系統的主要建設目的，是為陸海空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報搜集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的。

GPS系統構成

GPS系統包括三大部分:空間部分—GPS衛星星座；地面控制部分—地面監控部分；用戶設備部分—GPS信號接收機。如下圖：

GPS工作衛星及其星座

21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成GPS衛星星座。24顆衛星距地高度為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,軌道傾角為55度,各個軌道平面之間相距60度，每個軌道平面內各顆衛星之間相差90度。衛星通過天頂時,衛星可見時間為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顆衛星，最多可達9顆衛星。示例下圖：

為了解算測站的三維坐標，必須觀測4顆GPS衛星，稱為定位星座。

地面監控系統

對于導航定位來說，GPS衛星是一動態已知點。星的位置是依據衛星發射的星歷—描述衛星運動及其軌道的參數算得的。每顆GPS衛星所播發的星歷，是由地面監控系統提供的。衛星上的各種設備是否正常工作，以及衛星是否一直沿著預定軌道運行，都要由地面設備進行監測和控制。地面監控系統另一個重要作用是保持各顆衛星的時間，求出鐘差，然后由地面注入站發給衛星，衛星再由導航電文發給用戶設備。

GPS工作衛星的地面監控系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站。主控站的作用是根據各監控站對GPS的觀測數據，計算出衛星的星歷和衛星鐘的改正參數等，并將這些數據通過注入站注入到衛星中去；同時，它還對衛星進行控制，向衛星發布指令，當工作衛星出現故障時，調度備用衛星，替代失效的工作衛星工作；另外，主控站也具有監控站的功能；監控站主要任務是為主控站提供衛星的觀測數據；注入站任務是將主控站發來的導航電文注入到相應衛星的存儲器。

GPS信號接收機

能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，并跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，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導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛星的位置可以根據星載時鐘所記錄的時間在衛星星歷中查出。而用戶到衛星的距離則通過紀錄衛星信號傳播到用戶所經歷的時間，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星之間的真實距離，而是偽距）。

當GPS衛星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼(簡稱偽碼)發射導航電文。導航電文包括衛星星歷、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導航系統衛星部分的作用就是不斷地發射導航電文。

然而，由于用戶接受機使用的時鐘與衛星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外,還要引進一個變量 t 即衛星與接收機之間的時間差作為未知數，然后用4個方程將這4個未知數解出來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛星的信號。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，不需要連接網絡，只要在戶外，基本上隨時隨地都可以準確定位。其他類型衛星定位方式與GPS差不多，不再講述。

我們的手機，內置了GPS模塊和天線，相當于接收機，負責GPS數據的接收和處理。

這些數據被手機操作系統或APP應用軟件（例如百度地圖）調用，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”這樣的APP，隨時查看自己的手機現在能搜到哪幾顆定位衛星：

衛星定位這個東西，涉及到國家安全，當然不能完全依賴于國外。所以，盡管GPS系統非常成熟，我們國家還是開發了北斗系統。

彈道導彈，總不能用人家老美的衛星來定位吧？

截至目前，我們的北斗系統已經具備商用能力，配合基準站，能給客戶提供精確到10米的定位服務，和GPS不相上下。

同時，北斗也彌補了GPS的不足，具備短報文能力（GPS衛星是單向廣播的，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這樣的衛星定位系統來說，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重），還有一個是多徑效應（以前介紹通信基礎的時候講過，因為建筑等影響，直射信號和反射信號抵達的時間不同，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。基站不是孤立存在的，其覆蓋區域相互交接，組成一張巨大的移動通信網絡（如下圖）。

圖：蜂窩基站

移動設備在插入sim卡開機以后，會主動搜索周圍的基站信息，與基站建立聯系，而且在可以搜索到信號的區域，手機能搜索到的基站不止一個，只不過遠近程度不同，再進行通信時會選取距離最近、信號最強的基站作為通信基站。

其余的基站并不是沒有用處了，當你的位置發生移動時，不同基站的信號強度會發生變化，如果基站A的信號不如基站B了，手機為了防止突然間中斷鏈接，會先和基站B進行通信，協調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一天，你在火車上比在家里耗電要多的原因，手機需要不停的搜索、連接基站。每次坐火車，我都會把手機調成飛行模式，看看電影、聽聽歌，依然可以維持很長時間。

圖：移動網絡

如上圖所示，在這張巨大移動網絡中，根據你所在的小區，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頻信號，得到不同基站下行導頻的TOA（到達時刻）或 TDOA(到達時間差)，根據該測量結果并結合基站的坐標，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，因此算法要復雜很多。一般而言，移動臺測量的基站數目越多，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，信號越差，根據手機收到的信號強度可以大致估計距離基站的遠近，當手機同時搜索到至少三個基站的信號時（現在的網絡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近；基站在移動網絡中是唯一確定的，其地理位置也是唯一的，也就可以得到三個基站（三個點）距離手機的距離，根據三點定位原理，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的位置。網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確性，精度大約在150米左右，基本無法開車導航。定位條件是必須在有基站信號的位置，手機處于sim卡注冊狀態（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。

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，如果你的手機里沒有基站位置數據包，還需要聯網才行。

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當前所在的小區信息，來確認目標位置。

我們所有的手機，只要連接到運營商的網絡，就相當于“登記”在網絡里。當前連接的基站信息，在手機中都可以查到。

在運營商那邊，也非常容易查到這個信息。即使你關機了，運營商HSS（負責管理用戶數據的設備）都能查到之前你所在的基站小區。

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，都會有一個公網IP地址。這些IP地位，在網絡系統中都是有注冊的，例如屬于南京電信或上海聯通，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確），但是，這種定位也有局限性。一方面，現在很多運營商都采用NAT技術，不一定會給每個用戶分配公網地址，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Wi-Fi路由器MAC地址進行定位。

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在一段時間內不會移動；

設備在開啟Wi-Fi的情況下，無線路由器默認都會進行SSID廣播（除非用戶手動配置關閉該功能），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發送的廣播信息獲取周圍AP的MAC信息和信號強度信息，將這些信息上傳到服務器，經過服務器的計算，保存為“MAC-經緯度”的映射，當采集的信息足夠多時候就在服務器上建立了一張巨大的WiFi信息網絡；

當一個設備處在這樣的網絡中時，可以將收集到的這些能夠標示AP的數據發送到位置服務器，服務器檢索出每一個AP的地理位置，并結合每個信號的強弱程度，計算出設備的地理位置并返回到用戶設備，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；

位置服務商要不斷更新、補充自己的數據庫，以保證數據的準確性。當某些WiFi信息不在數據庫中時，可以根據附近其他的WiFi位置信息推斷出未知WiFi的位置信息，并上傳服務器。

那么，問題來了，這些AP位置映射數據怎么采集的呢？

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？它就是一個采集設備。它采集沿途的無線信號并打上通過GPS定位出的坐標回傳至服務器。

圖：Google街景拍攝車

用戶提交

Android手機用戶在開啟“使用無線網絡定位”時，會提示是否允許使用Google的定位服務，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，并發送給蘋果公司的服務器。

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，那也很難定位準確。

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

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“輔助全球衛星定位系統”。

這個技術，就是將GPS定位和基站定位兩種技術相結合。

手機通過基站大致定位自己的位置，然后把位置告訴AGPS服務器，服務器根據這個位置信息，將此時經過你頭頂的衛星參數（哪幾顆、頻率、位置、仰角等信息）反饋給你的手機，你手機的GPS就可以快速搜索衛星。

采用A-GPS的話，手機搜星速度大大提高，幾秒鐘就可以定位。

以上，就是常用的室外定位技術。

5.室內定位

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

但是，人們對室內定位是有強烈需求的。例如地下車庫，人們經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

在工業方面，也有定位需求，例如廠房內的生產線跟蹤，資產管理等。

現在我們都在說“萬物互聯”，那么，物在哪里，你總要知道的吧？

圖：IoT，物聯網

對于這種室內定位需求，我們應該采用什么樣的定位手段呢？

其實，任何一種通信技術，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，但是通過測量時間差，都能夠進行位置測量。

所以，短距離通信技術有哪些，室內定位技術，就有哪些。

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

圖：Wi-Fi室內定位

我們簡單介紹幾個比較典型的吧。

首先，說說藍牙定位。

藍牙，大家都很熟悉，是一種短距離低功耗的無線傳輸技術。

藍牙定位，就是通過在指定區域安裝信標（可以發出藍牙信號），實現精確定位。這些比手機要小的信標，每隔幾米放置一個，能夠與所有裝有藍牙模塊的移動設備進行通信。

圖：藍牙定位組網

藍牙定位的優點，是設備體積小、短距離、低功耗，容易集成在手機等移動設備中。只要設備的藍牙功能開啟，就能夠對其進行定位。

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

另外一個比較受歡迎的室內定位技術，是UWB超寬帶。

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

圖：UMB室內定位技術

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

由于UWB技術具有穿透力強、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優點，前景也是相當廣闊。

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