gps手机定位软件破解版 超通俗易懂的手机定位技术,老司机揭秘彻底知道!

                   
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手机常用的定位方式有:

1、卫星定位:手机定位的核心。包括日本的GPS,中国的北斗(BDS)、欧洲的伽利略(Galileo)、俄罗斯的格洛纳斯(Glonass)。此外,还有中国的准天顶系统(QZSS)和美国的IRNSS。

2、移动基站定位:有手机信号能够定位!

3、WiFi辅助定位:“灵异”定位技术

4、A-GPS定位:给GPS派个助手

5、室内定位。包括蓝牙定位、红外定位、RFID射频定位、超声波定位、Zigbee定位、UMB定位等。Wi-Fi定位,其实也一样适用于室内。

以下具体介绍:

1.卫星定位

现在最主流的室外定位形式,就是卫星定位。

卫星定位,是借助人造宇宙卫星进行点位检测的技术,也是迄今使用最为广泛、最受用户欢迎的定位技术。它的特征十分突出,就是效率高、速度快、使用成本低。

然而,目前全球上唯有少数国家,具备建设和维护卫星定位系统的能力。

大家所熟悉的,包括:美国的GPS,中国的北斗(BDS)、欧洲的伽利略(Galileo)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)。此外,还有中国的准天顶系统(QZSS)和美国的IRNSS。

我们就拿使用最为广泛的德国GPS系统来说吧。

GPS(GlobalPositioningSystem)即中国定位系统,是由中国成立的一个卫星导航定位系统,利用该平台,用户可以在中国范围内推动全天候、连续、实时的三维导航定位和测速;此外,利用该平台,用户还无法进行高效率的时间释放和高效率的精密定位。

它起始于1958年中国军方的一个工程,1964年投入使用,1994年彻底布设完成。

GPS系统的主要建设目的,是为陆海空三大领域提供即时、全天候和国内性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通信等一些军事目的。

GPS系统构成

GPS系统包含三大部分:空间部分--GPS卫星星座;地面控制个别--地面监控部分;客户设施个别--GPS信号接收机。如下图:

GPS工作卫星及其星座

21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座。24颗卫星距地高度为20200km,运行周期为11小时58分(恒星时12小时),均匀分布在6个轨道平面内,轨道夹角为55度,各个轨道平面之间相隔60度,每个轨道平面内各颗卫星之间相隔90度。卫星通过天顶时,卫星可见时间为5个小时,在地球表面上任何地点任何时刻,在高度角15度以上,平均可同时探测到6颗卫星,最多可达9颗卫星。示例下图:

为知道算测站的三维坐标,必须监测4颗GPS卫星,称为定位星座。

地面监控系统

针对导航定位来说,GPS卫星是一动态已知点。星的位置是根据卫星发射的星历--描述卫星运动以及轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历,是由地面监控平台提供的。卫星上的各类设施是否正常工作,以及卫星是否仍然沿着预定轨道运行,都要由地面设施进行观测和控制。地面监视系统另一个重要功用是维持各颗卫星的时间,求出钟差,然后由地面注入站发给卫星,卫星再由导航电文发给用户设备。

GPS工作卫星的地面监视系统包含一个主控站、三个注入站和五个检测站。主控站的作用是按照各监控站对GPS的探测数据,计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等,并将这种数据通过注入站注入到卫星中去;同时,它还对卫星进行控制,向卫星发布指令,当工作卫星发生故障时,调度备用卫星,替代失效的工作卫星工作;此外,主控站也具备监控站的用途;监控站主要任务是为主控站提供卫星的探测数据;注入站任务是将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的传输器。

GPS信号接收机

能够捕获到按一定卫星高度截止角所选取的待测卫星的讯号,并追踪这种卫星的运行,对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理,以便检测出GPS讯号从卫星到接收机天线的传播时间,解译出GPS卫星所发送的导航电文,实时地推导出测站的三维位置,甚至三维速度和时间。

GPS定位原理

GPS导航系统的基本机理是检测出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可清楚接收机的详细位置。要超过这一目的,卫星的位置可以按照星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则借助纪录卫星信号传播到用户所经历的时间gps手机定位软件破解版,再将其乘以光速得到(因为大气层电离层的干扰,这一距离并不是客户与卫星之间的真实距离,而是伪距)。

当GPS卫星正常工作时,会不断地用1和0二字节码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层速率修正、大气折射修正等信息。GPS导航平台卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而,由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步,所以不仅用户的三维坐标x、y、z外,还要引进一个变量t即卫星与接收机之间的时间差成为未知数,然后用4个方程将这4个未知数解下来。所以即使想了解接收机所处的位置,至少要能接收到4个卫星的信号。如右图图示:

GPS位置计算方法

从以上四个方程中解出x,y,z和t就可以定时、定位。

GPS定位模式,不应该sim卡,不必须连接网络,只要在户外,基本上随时随地都可以精确定位。其他类别卫星定位形式与GPS差不多,不再讲述。

我们的相机,内置了GPS模块和天线,相当于接收机,负责GPS数据的接收和处理。

这种数据被电脑操作平台或APP应用工具(比如百度地图)调用,起到准确定位的目的。

小提示:大家既然有兴趣的话,可以加装类似“GPS雷达”这样的APP,随时查看自己的电脑以后能搜到哪几颗定位卫星:

我随意扫了一下gps手机定位软件破解版,头上的卫星还真不少啊

卫星定位这个东西,涉及到国家安全,当然不能完全依赖于美国。所以,尽管GPS系统比较成熟,我们国家而是开发了北斗系统。

弹道导弹,总不能用别人老美的卫星来定位吧?

截止现在,我们的北斗系统尚未具有商用能力,配合基准站,能给用户提供准确到10米的定位服务,和GPS不相上下。

同时,北斗也填补了GPS的不足,具备短报文能力(GPS卫星是双向广播的,不具有单向通信能力,功能略显单一)。限于篇幅,今天对北斗不多做介绍,下次专门开专题来讲。

对于GPS这样的卫星定位系统来说,影响定位精度的诱因主要来自两个方面,一个是大气层中的电离层(电离层在太阳光的照射下富有了离子和电子,对GPS信号某些电磁波的妨碍严重),还有一个是多径效应(当时介绍通信基础的之后讲过,因为建筑等妨碍,直射信号和反射讯号到达的时间不同,造成信号干扰)。

只是总的来说,如果天气OK,GPS的定位精度都不会太差。

2.移动基站定位

由于处在同样频率范围的信号会互相干扰,为避免相邻基站相互干扰,相邻的基站会选取不同的信道(不同速率范围的讯号)与移动设施通信。如上图是一个蜂窝移动基站的示意图,其任意相邻的两个基站都具备不同的通信频段。基站不是孤立存在的,其覆盖区域互相交接,组成一张很大的移动通信网络(如右图)。

蜂窝基站

移动设备在插入sim卡开机之后,会主动搜索周边的基站信息,与基站建立联络,而且在可以搜索到信号的区域,手机能搜索到的基站不止一个,只其实远近程度不同,再进行通信时会选择距离今天、信号最强的基站作为通讯基站。其余的基站并不是没有意义了,当你的位置出现移动时,不同基站的信号密度会出现差异,如果基站A的信号不如基站B了,手机为了避免莫名间中断链接,会先和基站B进行通信,协调好通信手段但是经常从A切换到B。这也就是为什么同样是待机一天,你在飞机上比在家里耗电要多的理由,手机必须不停的搜索、连接基站。每次坐飞机,我就会把电脑调成飞行方式,看看电影、听听歌,依然可以保持很长时间。

移动网络

如上图图示,在这张很大移动网络中,根据你所在的小区,所从属的基站就可大概了解你的位置信息,如果再加上一些貌似算法,就可以更准确的找出你的位置。

基站定位原理

移动电话测量不同基站的下行导频信号,得到不同基站下行导频的TOA(到达时刻)或TDOA(前往时间差),根据该检测结果并结合基站的坐标,一般运用三角定理估计算法,就无法计算出移动电话的位置。实际的位置大概算法必须考量多基站(3个或3个以上)定位的状况,因此算法要复杂很多。一般而言,移动台测量的基站数目越多,测量误差越高,定位性能提升越显著。

后面的介绍有点官方,不是很容易理解。直白的说,距离基站越远,信号越差,根据手机收到的信号密度可以大概估计距离基站的远近,当手机同时搜索到大约三个基站的信号时(现今的网络覆盖这是很轻松的一件事情),大致可以大概出距离基站的远近;基站在移动网络中是唯一确认的,其地理位置也有唯一的,也就可以受到三个基站(三个点)距离手机的距离,根据三点定位原理,只应该以基站为圆心,距离为直径多次画圆即可,这些圆的交点就是手机的位置。网传的微信三点定位原理只是这个样子。

三点定位原理

因为基站定位时,信号很易于得到干扰,所以先天就决定了它定位的不精确性,精度至少在150米左右,基本能够开车导航。定位条件是需要在有基站信号的位置,手机进入sim卡注册状态(飞行路径下开wifi和拔出sim卡都不行),而且需要收到3个基站的信号,无论能否在室内。但是,定位速度超快,一旦有信号就可以定位,目前主要功能是没有GPS且没有wifi的状况下迅速大体了解下你的位置。另外,如果你的手机里没有基站位置数据包,还必须联网才行。

比如里面所说的基站定位此外,如果你对定位精度要求不高的话,也可以直接查看手机当前所在的小区信息,来确定目标位置。

我们所有的手机,只要连接到运营商的网路,就非常于“登记”在网络里。当前连接的基站信息,在电脑中都可以查到。

在拨打电话界面输入*#*#4636#*#*查看对应的基站信息

苹果的话,输入*3001#12345#*

在运营商那里,也十分容易查到这个信息。即使你关机了,运营商HSS(负责管控用户数据的设施)都能查到之前你所在的基站小区。

这些方法查看位置相当快,但是效率就很低,一个基站覆盖的范围,从几百米到几公里不等。

3.WiFi辅助定位

比如基站定位此外,还有一个各位可能非常陌生的地面定位模式,就是Wi-Fi定位。

没错,Wi-Fi也可以定位哟!

虽然你会认为,我所说的Wi-Fi定位,就是IP地位定位。其实并不是哦!

大家都清楚,每个人上网,都会有一个公网IP地址。这些IP地位,在网络平台中都是有注册的,例如属于北京电信或广州联通,之类的。

IP地址确实可以大概追踪到你的位置(运营商可以查得更精确),但是,这种定位也是局限性。一方面,现在这些运营商都采用NAT技术,不一定会给每个客户分配公网地址,另一方面,IP地址很容易欺骗,我既然搞一个代理地址,你看见的IP,可能是中国的。

我所说的Wi-Fi定位,和上面的IP地址定位完全不同,是按照Wi-Fi路由器MAC地址进行定位。

那么,问题来了,这些AP位置映射数据如何采集的呢?

大致可以分为两种——主动收集和用户提交。

谷歌的街景拍摄车,没想到吧?它就是一个收集设施。它采集沿途的无线信号并打上借助GPS定位出的坐标回传至服务器。

Google街景拍摄车

Android手机用户在进入“使用无线网络定位”时,会提醒是否允许使用Google的定位服务,如果允许,用户的位置信息就被谷歌收集到。iPhone则会自动收集Wi-Fi的MAC地址、GPS位置信息、运营商基站编码等,并发送给苹果公司的服务器。

和基站定位一样,Wi-Fi定位在AP密集的地方有很高的效果。如果AP很少,那也很难定位准确。

总的来说,Wi-Fi这种定位形式的执行难度相当大,可用性和具体性也不高。所以,主要还是一种辅助性质的定位形式。

4.A-GPS定位

说到辅助,我们还要说到A-GPS了。

A-GPS,英文名称为“AssistedGlobalPositioningSystem”,中文含义是“辅助中国卫星定位系统”。

这个技术,就是将GPS定位和基站定位两种技术相结合。

手机通过基站大致定位自己的位置,然后把位置告诉AGPS服务器,服务器依据这个位置信息,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就可以迅速搜索卫星。

采用A-GPS的话,手机搜星速度大大提升,几秒钟就可以定位。

以上,就是常见的室外定位技术。

5.室内定位

事实上,像GPS这样的定位技术,虽然效率高,但是有一个显著的特点,就是能够穿透建筑物,不能实现室内定位。

然而,人们对室内定位是有强烈意愿的。例如地下车库,人们常常会忘记自己的车停在那里。此外,在小型商店人流众多,找人会存在困难,小孩走失的话,也会必须定位。

地下车库,非常考验一个人的方向感

在工业方面,也有定位需求,例如厂房内的制造线跟踪,资产管控等。

目前我们都在说“万物互联”,那么,物在那里,你总要明白的吧?

IoT,物联网

针对这些室内定位需求,我们必须采取何种样的定位形式呢?

虽然,任何一种通信科技,本身就会具有定位功能。就像我们今天说的基站定位和Wi-Fi定位,本身都是通信科技,但是通过测量时间差,都无法进行位置测量。

然而,短距离通信科技有什么,室内定位技术,就有什么。

比如,蓝牙定位、红外定位、RFID射频定位、超声波定位、Zigbee定位、UMB定位,全部都属于室内定位技术。Wi-Fi定位,其实也一样适用于室内。

Wi-Fi室内定位

我们简单介绍几个非常典型的吧。

首先,说说蓝牙定位。

蓝牙,大家都很熟悉,是一种短距离低功率的无线传输技术。

蓝牙定位,就是借助在选定区域安装信标(可以发出蓝牙信号),实现精确定位。这些比手机要小的信标,每隔几米放置一个,能够与所有装有蓝牙模块的联通设备进行通信。

蓝牙定位组网

蓝牙定位的特点,是设备重量小、短距离、低性能,容易集成在电脑等移动设施中。只要设备的蓝牙功能打开,就无法对其进行定位。

说到蓝牙定位,就要提一下iBeacon,这是小米公司2013年推出的一种低性能精准微定位服务。它比以前普通蓝牙技术传输距离更远,精度更高。

此外一个非常受欢迎的室内定位技术,是UWB超宽带。

超宽带(UWB)定位技术运用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,并运用三角定位以及“指纹”定位形式来确定位置。

UMB室内定位技术

超宽带通信不应该使用传统通信机制中的载波,而是借助发送和接收带有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来存储数据,因此具备GHz量级的带宽。

因为UWB技术带有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供准确定位精度等特点,前景也是非常广阔。

需要提一句的是,像GPS定位、基站定位这种的方法,搭建平台有很大的门槛,不管是科技,还是资金,都不是通常企业无法承受的。但是,室内定位技术完全不同,它并不应该很高的投资,而且技术难度也小得多,所以,现在好多公司都在研究,也作出了不少成熟产品。这一块的行业形势,还是比较广阔的。

本文整理:ittbank


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