定位技术有哪些？

情报分析师

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卫星定位

定位，我们通常按使用场景，分为室内定位和室外定位。

卫星定位，是利用人造地球卫星进行点位测量的技术，也是目前使用最为广泛、最受用户欢迎的定位技术。它的特点非常突出，就是精度高、速度快、使用成本低。

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。正常情况下，在地球表面上任何地点任何时刻，平均可同时观测到6颗GPS卫星，最多可达10颗卫星。

除了天上的卫星之外，当然还需要地面的相关设备进行配合和监测，也就是地面监控系统。

GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监控站。GPS导航系统的基本原理，是测量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知道接收机的具体位置。

我们的手机，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。

这些数据被手机操作系统或APP应用软件（例如百度地图）调用，起到精确定位的目的。

小提示：可以安装类似“GPS雷达”这样的APP，随时查看自己的手机现在能搜到哪几颗定位卫星：

卫星定位这个东西，涉及到国家安全，当然不能完全依赖于国外。所以，尽管GPS系统非常成熟，我们国家还是开发了北斗系统。

不过总的来说，如果天气OK，GPS的定位精度都不会太差。

基站定位

说完了卫星定位，再来看看地面定位。

基站定位的原理和雷达有相似之处。雷达定位大家都知道，就是发射雷达波，根据目标的反射，进行空间位置测算。

基站定位的话，基站就相当于是一个“雷达”。通常，在城市中，一部手机会在多个基站的信号覆盖之下。手机会对不同基站的下行导频信号进行“测量”，得到各个基站的信号TOA（到达时刻）或TDOA（到达时间差）。根据这个测量结果，结合基站的坐标，就能够计算出手机的坐标值。

画个图，一看就明白了：

清楚了吧，三点一位。

基站定位的精度并不高，误差大概从100米到上千米。主要误差原因，是来自基站的位置和密度。简而言之，基站数量越多，密度越高，定位精度也就越高。基站和手机之间的障碍物越少，定位精度也会有所提升。通常农村地区的基站定位精度低，是因为农村基站少，盲区多，有时候只有一个站的信号，当然无法精确定位了。

除了上面所说的基站定位之外，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，来确认目标位置。我们所有的手机，只要连接到运营商的网络，就相当于“登记”在网络里。当前连接的基站信息，在手机中都可以查到。

在运营商那边，也非常容易查到这个信息。即使你关机了，运营商HSS（负责管理用户数据的设备）都能查到之前你所在的基站小区。这种方式查看位置比较快，但是精度就很低，一个基站覆盖的范围，从几百米到几公里不等。

Wi-Fi定位

除了基站定位之外，就是Wi-Fi定位。

也许你会认为，我所说的Wi-Fi定位，就是IP地位定位。其实并不是

大家都知道，每个人上网，都会有一个公网IP地址。这些IP地位，在网络系统中都是有注册的，例如属于南京电信或上海联通，之类的。

IP地址确实可以大致追踪到你的位置（运营商可以查得更准确），但是，这种定位也有局限性。一方面，现在很多运营商都采用NAT技术，不一定会给每个用户分配公网地址，另一方面， IP地址很容易欺骗，我如果搞一个代理地址，你看到的IP，可能是美国的。我所说的Wi-Fi定位，和上面的IP地址定位完全不同，是根据Wi-Fi路由器MAC地址进行定位。

每一个无线AP（Wi-Fi路由器）都有一个全球唯一的MAC地址，并且一般来说，无线AP在一段时间内不会移动。在开启Wi-Fi的情况下，采集设备（例如手机）可以搜到这个无线AP的信号，并且获取它的MAC地址和信号强度信息。采集装置将这些信息上传到服务器，经过服务器的计算，保存为“MAC-经纬度”的映射。当采集的信息足够多，就在服务器上建立了一张巨大的Wi-Fi信息数据库。

当一个设备处在这样的网络中时，可以将收集到的这些能够标示AP的数据发送到位置服务器，服务器检索出每一个AP的地理位置，并结合每个信号的强弱程度，计算出设备的地理位置并返回到用户设备，其计算方式和基站定位位置计算方式相似，也是利用三点定位或多点定位技术。

位置服务商要不断更新、补充自己的数据库，以保证数据的准确性。那么，问题来了，这些AP位置映射数据怎么采集的呢？大致可以分为两种——主动采集和用户提交。

• 主动采集：

谷歌的街景拍摄车，它就是一个采集设备。它采集沿途的无线信号并打上通过GPS定位出的坐标回传至服务器。

• 用户提交

Android手机用户在开启“使用无线网络定位”时，会提示是否允许使用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密集的地方有很好的效果。如果AP很少，那也很难定位准确。

总的来说，Wi-Fi这种定位方式的执行难度比较大，可用性和准确性也不高。所以，主要还是一种辅助性质的定位手段。

A-GPS定位

说到辅助，我们就要说到A-GPS了。

A-GPS，Assisted GPS，辅助全球卫星定位系统。从名字就可以看出来，这是GPS的一个增强功能。

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，服务器根据这个位置信息，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就可以快速搜索卫星。采用A-GPS的话，手机搜星速度大大提高，几秒钟就可以定位。

以上，就是常用的室外定位技术。其实，说实话，最靠谱的方式，还是卫星定位。大家经常会发现自己被定位到河里去，多半都是因为卫星没信号，然后被基站定位和Wi-Fi定位给坑了

室内定位

事实上，像GPS这样的定位技术，虽然精度高，但是有一个明显的缺点，就是无法穿透建筑物，不能实现室内定位。

但是，人们对室内定位是有强烈需求的。例如地下车库，人们经常会忘记自己的车停在哪里。此外，在大型商场人流较多，找人会存在困难，小孩走失的话，也会需要定位。

在工业方面，也有定位需求，例如厂房内的生产线跟踪，资产管理等。现在我们都在说“万物互联”，那么，物在哪里，你总要知道的吧？

对于这种室内定位需求，我们应该采用什么样的定位手段呢？

其实，任何一种通信技术，本身都会带有定位功能。就像我们刚才说的基站定位和Wi-Fi定位，本身都是通信技术，但是通过测量时间差，都能够进行位置测量。所以，短距离通信技术有哪些，室内定位技术，就有哪些。例如，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。

我们简单介绍几个比较典型的吧。

首先，说说蓝牙定位。

蓝牙，大家都很熟悉，是一种短距离低功耗的无线传输技术。蓝牙定位，就是通过在指定区域安装信标（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移动设备进行通信。

蓝牙定位的优点，是设备体积小、短距离、低功耗，容易集成在手机等移动设备中。只要设备的蓝牙功能开启，就能够对其进行定位。说到蓝牙定位，就要提一下iBeacon，这是苹果公司2013年推出的一种低功耗精准微定位服务。它比以往普通蓝牙技术传输距离更远，精度更高。

另外一个比较受欢迎的室内定位技术，是UWB超宽带。超宽带（UWB）定位技术利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，并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置。

超宽带通信不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，因此具有GHz量级的带宽。由于UWB技术具有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点，前景也是相当广阔。还有其它几种室内定位技术

惯性导航技术

这是一种纯客户端的技术，主要利用终端惯性传感器采集的运动数据，如加速度传感器、陀螺仪等测量物体的速度、方向、加速度等信息，基于航位推测法，经过各种运算得到物体的位置信息。

随着行走时间增加，惯性导航定位的误差也在不断累积。需要外界更高精度的数据源对其进行校准。所以现在惯性导航一般和WiFi指纹结合在一起， 每过一段时间通过WiFi请求室内位置，以此来对MEMS产生的误差进行修正。该技术目前的商用得也比较成熟，在扫地机器人中得到广泛应用。

RFID技术

RFID定位的基本原理是，通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息（如身份ID、接收信号强度等），同样可以采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法确定标签所在位置。

射频识别室内定位技术作用距离很近，但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且由于电磁场非视距等优点，传输范围很大，而且标识的体积比较小，造价比较低。但其不具有通信能力，抗干扰能力较差，不便于整合到其他系统之中，且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善。

目前有大量成熟的商用定位方案基于RFID技术，广泛应用于紧急救援、资产管理、人员追踪等领域。

红外技术

红外定位主要有两种具体实现方法，一种是将定位对象附上一个会发射红外线的电子标签，通过室内安放的多个红外传感器测量信号源的距离或角度，从而计算出对象所在的位置。

这种方法在空旷的室内容易实现较高精度，可实现对红外辐射源的被动定位，但红外很容易被障碍物遮挡，传输距离也不长，因此需要大量密集部署传感器，造成较高的硬件和施工成本。此外红外易受热源、灯光等干扰，造成定位精度和准确度下降。

该技术目前主要用于军事上对飞行器、坦克、导弹等红外辐射源的被动定位，此外也用于室内自走机器人的位置定位。

另一种红外定位的方法是红外织网，即通过多对发射器和接收器织成的红外线网覆盖待测空间，直接对运动目标进行定位。

这种方式的优势在于不需要定位对象携带任何终端或标签，隐蔽性强，常用于安防领域。劣势在于要实现精度较高的定位需要部署大量红外接收和发射器，成本非常高，因此只有高等级的安防才会采用此技术。

超声波技术

超声波定位主要采用反射式测距法，通过多边定位等方法确定物体位置，系统由一个主测距器和若干接收器组成，主测距仪可放置在待测目标上，接收器固定于室内环境中。定位时，向接收器发射同频率的信号，接收器接收后又反射传输给主测距器，根据回波和发射波的时间差计算出距离，从而确定位置。

超声波定位整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，且超声波频率受多普勒效应和温度影响，同时也需要大量基础硬件设施，成本较高。

代表公司：Shopkick

超宽带技术

超宽带（UWB）定位技术利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，并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置。

从技术上看，无论是从定位精度、安全性、抗干扰、功耗等角度来分析，UWB无疑是最理想的工业定位技术之一。

UWB其他几种技术的综合比较：

不过UWB的劣势也很突出，一方面难以实现大范围室内覆盖，另一方面系统建设成本远高于RFID、蓝牙信标等技术，这也限制了该技术的推广和普及。

代表公司：Ubisense、中海达子公司联睿电子、清华系公司清研讯科。

LED可见光技术

可见光是一个新兴领域，通过对每个LED灯进行编码，将ID调制在灯光上，灯会不断发射自己的ID，通过利用手机的前置摄像头来识别这些编码。利用所获取的识别信息在地图数据库中确定对应的位置信息，完成定位。

根据灯光到达的角度进一步细化定位的结果，高通公司做到了厘米级定位精度。由于不需要额外部署基础设施，终端数量的扩大对性能没有任何的影响，并且可以达到一个非常高的精度，该技术被高通公司所看好。

目前，可见光技术在北美有很多商场已经在部署。用户下载应用后，到达商场里的某一个货架，通过检测货架周围的灯光即可知晓具体位置，商家在通过这样的方法向消费者推动商品的折扣等信息。

代表企业：华策光通信

需要提一句的是，像GPS定位、基站定位这样的方式，搭建系统有很高的门槛，不管是技术，还是资金，都不是一般企业能够承受的。但是，室内定位技术完全不同，它并不需要很大的投资，而且技术难度也小得多，所以，现在很多公司都在研究，也做出了不少成熟产品。

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本期编辑：HNE

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