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全面解讀物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)（一）
定位技術(shù)我們并不陌生，從航海、航天、航空、測(cè)繪、軍事、自然災(zāi)害預(yù)防等“高大上”領(lǐng)域，到日常生活中的人員搜尋、位置查找、交通管理、車(chē)輛導(dǎo)航與路線(xiàn)規(guī)劃等等，各種定位技術(shù)都有廣泛應(yīng)用，也讓我們?cè)絹?lái)越無(wú)處遁形。
總體來(lái)說(shuō)，定位可以按照使用場(chǎng)景的不同劃分為室內(nèi)定位和室外定位兩大類(lèi)，場(chǎng)景不同，需求也就不同，采用的定位技術(shù)也不盡相同。
①成熟的室外定位技術(shù)——衛(wèi)星定位和基站定位
目前應(yīng)用于室外定位的主流技術(shù)主要有衛(wèi)星定位和基站定位兩種。
1.衛(wèi)星定位
衛(wèi)星定位即是通過(guò)接收衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信號(hào)來(lái)進(jìn)行定位，衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有：美國(guó)全球定位系(GPS)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)、歐洲伽利略(GALILEO)系統(tǒng)、中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其中GPS定位系統(tǒng)是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的衛(wèi)星定位技術(shù)。
GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成：空間部分、地面控制部分、用戶(hù)設(shè)備部分。
空間部分是由24 顆工作衛(wèi)星組成，它們均勻分布在6 個(gè)軌道面上（每個(gè)軌道面4 顆），衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀(guān)測(cè)到4 顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖象；
控制部分主要由監(jiān)測(cè)站、主控站、備用主控站、信息注入站構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)GPS衛(wèi)星陣的管理控制；
用戶(hù)設(shè)備部分主要是GPS接收機(jī)，主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，獲得定位信息和觀(guān)測(cè)量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)定位。
GPS天線(xiàn)定位原理說(shuō)白了就是通過(guò)四顆已知位置的衛(wèi)星來(lái)確定GPS接收器的位置。
要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶(hù)到衛(wèi)星的距離則通過(guò)紀(jì)錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶(hù)所經(jīng)歷的時(shí)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(hù)與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距）。
當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。然而，由于用戶(hù)接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶(hù)的三維坐標(biāo)x、y、z外,還要引進(jìn)一個(gè)變量 t 即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來(lái)。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(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。如下圖所示：
圖：GPS定位原理
衛(wèi)星定位雖然精度高、覆蓋廣，但其成本昂貴、功耗大，并不適合于所有用戶(hù)。
2.基站定位
基站定位一般應(yīng)用于手機(jī)用戶(hù)，手機(jī)基站定位服務(wù)又叫做移動(dòng)位置服務(wù)（LBS，Location Based Service），它是通過(guò)電信移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)）獲取移動(dòng)終端用戶(hù)的位置信息。
手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備在插入sim卡開(kāi)機(jī)以后，會(huì)主動(dòng)搜索周?chē)幕拘畔ⅲc基站建立聯(lián)系，而且在可以搜索到信號(hào)的區(qū)域，手機(jī)能搜索到的基站不止一個(gè)，只不過(guò)遠(yuǎn)近程度不同，再進(jìn)行通信時(shí)會(huì)選取距離最近、信號(hào)最強(qiáng)的基站作為通信基站。其余的基站并不是沒(méi)有用處了，當(dāng)你的位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，不同基站的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，如果基站A的信號(hào)不如基站B了，手機(jī)為了防止突然間中斷鏈接，會(huì)先和基站B進(jìn)行通信，協(xié)調(diào)好通信方式之后就會(huì)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(chē)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。
基站定位的原理也很簡(jiǎn)單：我們知道，距離基站越遠(yuǎn)，信號(hào)越差，根據(jù)手機(jī)收到的信號(hào)強(qiáng)度可以大致估計(jì)距離基站的遠(yuǎn)近，當(dāng)手機(jī)同時(shí)搜索到至少三個(gè)基站的信號(hào)時(shí)（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(jì)出距離基站的遠(yuǎn)近；基站在移動(dòng)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(gè)基站（三個(gè)點(diǎn)）距離手機(jī)的距離，根據(jù)三點(diǎn)定位原理，只需要以基站為圓心，距離為半徑多次畫(huà)圓即可，這些圓的交點(diǎn)就是手機(jī)的位置。
圖：基站“三點(diǎn)定位”原理
由于基站定位時(shí)，信號(hào)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(wú)法開(kāi)車(chē)導(dǎo)航。定位條件是必須在有基站信號(hào)的位置，手機(jī)處于sim卡注冊(cè)狀態(tài)（飛行模式下開(kāi)wifi和拔出sim卡都不行），而且必須收到3個(gè)基站的信號(hào)，無(wú)論是否在室內(nèi)。但是，定位速度超快，一旦有信號(hào)就可以定位，目前主要用途是沒(méi)有GPS且沒(méi)有wifi的情況下快速大體了解下你的位置。
表：兩種室外定位技術(shù)的對(duì)比
定位技術(shù) | GPS定位 | LBS定位 |
原理 | 衛(wèi)星定位 | 基站定位 |
精度 | 精度高（5-10m） | 精度較低（市區(qū)20-200m；郊區(qū)1000-2000m） |
耗電量 | 很大，需要手機(jī)為GPS模塊提供高壓供電 | 基站采集數(shù)據(jù)即可，不消耗手機(jī)電量 |
優(yōu)點(diǎn) | 室外定位精度高； | 定位速度超快； |
缺點(diǎn) | 1.GPS系統(tǒng)的天線(xiàn)必須在室外并且能看到大面積天空，否則無(wú)法定位，受天氣和位置影響很大； | 1.定位條件是必須在有基站信號(hào)的位置，手機(jī)處于sim卡注冊(cè)狀態(tài)），且必須收到3個(gè)基站的信號(hào)； |