手机是如何定位的

Posted 2020-11-18 heyboom

来来来，科普文，转自：https://bbs.feng.com/read-htm-tid-7709847.html

作者：蓝泓中天

 

近看到好多FY对手机定位方式的含义及原理，特别是wifi辅助定位的原理搞不明白，所以整理了一下以前写的一篇科普文，发到论坛里，科普一下~~  
全文比较长，长文恐惧症患者慎入。

     首先说一下要阐述这些东西：

1、GPS定位。2、基站定位。3、WiFi辅助定位。4、AGPS定位。5、Glonass定位。6、北斗定位。7、定位举例。

从4s开始，iPhone手机具有以上中1、2、3、4、5共五种定位方式。

 

       1、GPS定位 GPS是大家耳熟能详的名词了，它是由美国研究的一种定位方式。其系统由在轨道上运行的31颗卫星（数字记不清了）和地面终端构成。

       在轨卫星呢，是很多在太空中飞来飞去的卫星，它们的轨道是有规律的：无论你在全球什么地方，至少同时有4颗卫星在你头顶，其实跟我们关系不大

。

       地面终端，其实就是我们通俗说的GPS，它可以接收你头顶上那些飞来飞去卫星的信号，然后根据信号计算出你当前的位置。常见的终端有车载导航GPS、手机内置GPS和徒步户外GPS等。一般民用级别的精确度在10米左右。使用GPS时，需要在室外空旷能接收到GPS卫星信号的地方才可以，室内基本无望。

   它的特点是：不需要sim卡，不需要连接网络，只要在户外，基本上随时随地都可以准确定位。但是GPS启动后搜索卫星的时间比较多，一般需要2分钟左右（俗称冷启动）。

 

       2、基站定位  这是出现较晚的一种技术，其原理也比较简单。楼主最初听说是在2006年，中国移动推出过这么一款利用基站定位的手机地图，还是塞班系统的，体验简直弱爆了

。

       手机在插入sim卡开机以后，需要搜索周围的基站信息（就是找信号），通常在有信号的地方，手机能搜索到的基站不止一个，就像你的笔记本在小区里能搜到不止一个开着的路由器一样。然后手机会自动从这些基站中选择信号最好的（假如是基站A）连接注册。其余的基站就不用了吗？不不，手机仍然搜索着它们，一旦你离开基站A一段距离，基站A的信号不如基站B了，手机会自动切换成基站B。这也就是为什么同样是待机一天，你在火车上比在家里耗电要多的原因，手机需要不停的搜索、连接基站。

       当手机的网络覆盖到一定程度的时候，基站定位也就应运而生了。

       其原理如下：众所周知，距离基站越远，信号越差，所以用信号的强度可以大致估计距离基站的远近。好了，由于基站都是中国移动中国联通等运营商建立的，所以他们可以确定每个基站准确的位置，当手机同时搜索到至少三个基站的信号时（现在的网络覆盖这是很轻松的一件事情），手机除了连接信号最好的一个外，同时根据基站信号的强弱，大致估计出距离基站的远近。由于基站位置是确定的，所以确定位置是很容易的，只需要以基站为圆心，距离为半径多次画圆即可，不过至少需要三个基站的信号才可以。

       怎么样，听起来很像在微信附近的人里刷新三次位置画圆来发现身边的妹纸吧？

       由于基站定位时，信号很容易受到干扰，所以先天就决定了它定位的不准确性，精度大约在150米左右，基本无法开车导航。定位条件是必须在有基站信号的位置，手机处于sim卡注册状态（飞行模式下开wifi和拔出sim卡都不行），而且必须收到3个基站的信号，无论是否在室内。但是，定位速度超快，一旦有信号就可以定位，目前主要用途是没有GPS没有wifi的情况下快速大体了解下你的位置（比如可以使天气预报走到哪儿更新到哪儿）。另外，如果你的手机里没有基站位置数据包，还需要联网才行。

 

      3、WiFi辅助定位 其实全名不叫这个，叫wifi辅助下的什么定位来着，不过作为一个医学生我觉得还是叫wifi依赖定位更好理解：wifi依赖，顾名思义，周围必须有wifi才可以！这个技术貌似最初是谷歌提出来的，目的是解决室内精确定位，原理类似基站定位。

       谷歌的工程师们是这样想的：一个wifi热点的覆盖范围仅有几十米，全世界绝大多数的wifi热点都是固定位置的，他们又拥有独一无二的MAC地址（一种编码，作用类似热点的shen fen zheng 号码），如果应用基站定位的原理，那么就可以获得相当精确的位置信息了。可是，世界上那么多wifi热点，你总不能跑到各个国家，敲开市民的门去测量吧？谷歌想到了他的神器——谷歌地图。

       假如你的家里有个自己设立的无线路由器，经常开机，你的邻居正在阳台上用手机玩谷歌地图，恰好他手机的wifi是开着的，不过没有连接你家的热点。当你的邻居用GPS准确在地图上定位后，谷歌服务器会记录周边的wifi热点信息。正好，你的路由器开着，然后被记录到数据库了：某国家某省某市某小区某楼东侧（其实是用经纬度）有一个MAC地址为12-2e-3f-4a-09-3d的wifi热点。几天后你打算晚上吃川菜，于是连上你的路由器打开谷歌地图打算搜索，这时你惊奇的发现没开GPS，但是你的位置却精确的定位在某国家某省某市某小区某楼东侧。这是为什么呢？这就是wifi依赖定位：你打开谷歌地图后，会上传周围的wifi热点信息，然后2-2e-3f-4a-09-3d上传到服务器上，服务器根据这个地址反馈你邻居用GPS定位出来的经纬度给你，从而实现精确匹配位置。当世界上N多N多人重复上述定位的时候，谷歌就可以建立起来一个丰富而且强大的wifi热点位置数据库。

       是不是听起来有点可怕？大可放心啦

。

       知道原理之后确定它的定位条件也不难：1、必须开启wifi，无论是否连接某一个热点。2、手机必须能上网，移动数据或者wifi联网皆可。（不要指望谷歌允许手机内置这些热点的位置信息，这可是笔财富）

       这种方式的优点是，①定位精度高，wifi密集人流多的地方相当精确；②速度快；③周围的wifi即使连接不上也能定位。缺点也是显而易见的：①wifi依赖！————没有打开wifi就不能定位；②必须处于联网状态。

        Wifi定位有众多优势，这也就是为什么很多FY使用定位时会经常跳出来询问是否打开WIFI的原因了。

 

      4、AGPS定位  AGPS是Assisted Global Positioning System辅助全球定位系统的缩写，是手机开始内置GPS芯片以后发展起来的技术。关于这个名词，国内有些“小伙伴”容易把它与基站定位混淆。AGPS定位时，必须有GPS模块存在，如果没有GPS模块，这种定位是不起什么作用的。

       由于GPS冷启动时，搜星速度很慢，大约2分钟才能搜到。什么是冷启动呢？就是GPS内的卫星位置信息清空了（比如 ①GPS初次使用 ②GPS电池耗尽 ③关机状态下移动1000公里以上的距离或持续关机超过4小时），此时GPS需要一点一点的搜索卫星信号，三十多颗卫星呢，谁知道头顶上的是哪一颗，挨个搜呗，搜搜南边再搜搜北面

……于是搜星速度就很慢很慢了。

       AGPS就是先利用基站大体定位下你所在的位置，然后通过网络将这个位置发送到服务器，服务器根据这个位置将此时经过你头顶的卫星参数（哪几颗、频率、位置、仰角等信息）反馈给你的手机，你手机的GPS就可以很有目的的去搜索卫星，此时你的搜星速度大大提高，几秒钟就可以定位。

       打个比方，GPS搜星就像在一家大型超市里找到一瓶百事可乐。冷启动呢，就是这个超市很陌生，你不知道食品冷饮区在哪儿，需要一点一点的找

。AGPS呢，就像你给超市经理打了个电话，然后他告诉你百事可乐在二楼西南角靠近楼**的位置

。两者搜星速度差别之大是显而易见的。

       那么，AGPS消耗流量多吗？不多，每次定位，仅仅十几kb的流量，一旦定位成功，剩下的活儿就交给GPS模块处理，不用消耗流量了。为什么会有流量很多的说法呢？大概是这些小伙伴们没有下载离线地图……

       所以，AGPS的优势就是搜星定位快，不管怎么启动，秒定。缺点是，必须联网，如果你的机器不能上网，或是手机停机了身边又没有wifi，是没法应用AGPS达到秒定效果的。还有，AGPS是需要特定服务器的，你不要指望把服务器改成www.CCTV.com仍然有秒定的效果

。

       总结一下：AGPS是辅助GPS定位的一种方法，支持GPS，不一定支持AGPS（比如有的古董机器不能上网）。支持AGPS，一定支持GPS，但是这个GPS模块不一定内置在手机里，也有可能是需要额外购买外置蓝牙GPS模块（这种恶心型号是极少极少的，一般标注AGPS基本就是都内置GPS模块了）。

       像苹果这种超级正规的公司，官网参数写的是AGPS和Glonass。什么意思呢？就是内置GPS模块，能辅助定位，并且还支持另一个导航系统Glonass。为什么苹果的AGPS在网上会引起一番讨论呢，因为早期的手机内置GPS芯片成本很高精度也不行，某些厂商就想出了外置GPS模块这种行为，所以像中关村这种IT站参数上就分出了GPS和AGPS来分别特指内置GPS和辅助定位，为的还是卖点。所以，我觉得苹果的标注是最好的。

       PS：既然GPS有冷启动，就有热启动，什么是热启动呢？就是冷启动搜完星之后它的星历没有丢失，条件如下①上次关机前的位置信息（经纬度，高度）已知（所以在车库内关机下次就一定是冷启动了）； ②当前时间、年历、星历已知（需要实时时钟支持）③距离上次关机时间不超过4小时（时间过长则星历变化了，即以前的卫星看不到了）。

 

      5、Glonass定位  Glonass是俄罗斯开发的一套定位系统，原理跟GPS一样，也是用很多很多天上飞的卫星来定位。不同的是①Glonass芯片比GPS贵；②它抗干扰性能强，阴天下雨高楼深壑的地方GPS可能就抓瞎了，Glonass却仍然能正常工作；③北半球定位精度比GPS强一些；④搜星速度快。

目前Glonass主要见于高端机型，比如苹果系列，HTC ONE等，都是GPS+Glonass双系统导航，精度相当之高，导航可以精确到车道。

 

      6、北斗定位  简单点说就是国产的GPS，芯片据说比Glonass还贵，定位精度吹得比GPS，Glonass都要好，但是鉴于国内媒体的尿性还有待观察

。目前最大用户是中国军方，民用方面非常不普及，就靠政策在运输公司内强买强卖。有个亮点是北斗一代可以利用头顶上的卫星发短信，在没有手机信号的时候很实用，有信号的时候就基本无用。民用能不能有这个功能难说，军用有主动暴露“我在这里你来打我啊

你来打我啊

”之嫌。

 

      7、定位举例   写这部分的目的其实是为了更好的让大家理解各种定位方式的工作条件，以HTC ONE为例：

     ①最给力的定位莫过于插上SIM卡，打开wifi，联网，启动GPS和Glonass了。集以上所有定位方式于一身，除了那个国产货。

      ②关掉GPS选项。GPS，Glonass和AGPS都不行了，基站、wifi定位尚可。

      ③关掉wifi，移动数据打开，仅基站定位。

      ④启动飞行模式，所有定位都停掉。

      ⑤打开wifi，联网，仅wifi定位工作。

 

iPhone由于以上所有定位方式的权限均集合于“隐私”选项内，故关掉定位开关之后，以上所有定位功能全部停止。