gps工作原理 揭秘“手机到底是如何实现定位的？工作原理是什么？”

在移动互联网时代，手机已经成为每个人生活的标准。这些手机里安装了各种应用，提供各种服务，彻底改变了我们的生活。在这些服务中，包括了我们的主角“定位”。

大家应该都用过“定位”这个技术。比如很多人给孩子或者老人安装手机定位软件，防止老人和孩子迷路，或者手机“叫车服务”、“外卖服务”、“导航服务”都会应用到“定位”的技术上。这项技术为许多应用服务提供了辅助支持。

有人会雇佣黑客利用“定位”技术追踪定位相关人员，侵犯他人隐私！那么这项技术的原理是什么呢？如何利用这项技术快速定位他人？

今天我们就用这篇文章的内容来阐述一下“手机定位的原理与实现”！

1.手机如何实现定位？工作原理是什么？

1、常用定位技术

目前有六种大规模定位技术，我分为两类

卫星定位:包括全球定位系统、AGPS、全球导航卫星系统和北斗。

地面辅助定位:包括基站定位和WiFi辅助定位。

2.通用定位技术原理

卫星定位

常见的卫星定位系统有GPS、北斗、伽利略和Glonass。虽然这些系统提供的服务有些不同，但是背后的定位原则都是一样的。现在以应用最广泛的GPS为例介绍卫星定位。

GPS是美国建立的卫星导航定位系统。有了这个系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；此外，利用该系统，用户还可以进行高精度的时间传递和高精度的精确定位。

1.1全球定位系统的组成

GPS系统包括三部分:空 - GPS卫星星座；地面控制部分-地面监控部分；用户设备部分——GPS信号接收机。图1:

1 . 1 . 1全球定位系统工作卫星及其星座

21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成一个GPS卫星星座。二十四颗卫星距地面高度为20200公里，运行周期为11小时58分钟。它们均匀分布在六个轨道平面上，轨道倾角为55度，相互间隔60度，在每个轨道平面上相互间隔90度。卫星通过天顶时，卫星的可见时间为5小时。平均在15度以上的高度角，在地球表面任何地点、任何时间都能同时观测到6颗卫星，最多9颗。示例如图2所示:

为了了解该站的三维坐标，必须观测四颗GPS卫星，称为定位星座。

1.1.2地面监控系统

对于导航定位，GPS卫星是一个动态已知点。恒星的位置是根据卫星传送的星历计算出来的，星历描述了卫星的运动和轨道。每个GPS卫星广播的星历由地面监控系统提供。卫星上的各种设备是否正常工作，卫星是否总是沿着预定的轨道运行，都应该由地面设备进行监控。地面监控系统的另一个重要功能是保存每个卫星的时间，计算时钟差，然后通过地面注入站发送给卫星，再通过导航消息发送给用户设备。

GPS工作卫星地面监测系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。主控站的作用是根据各监测站的GPS观测数据计算卫星的星历和卫星时钟的修正参数，并通过注入站将这些数据注入卫星，同时还控制卫星，向卫星发出指令。当工作卫星出现故障时，调度备用卫星替换出现故障的工作卫星；此外，主控站还具有监控站的功能；监控站的主要任务是为主控站提供卫星观测数据；注入站任务是将主控站发送的导航信息注入相应卫星的存储器中。

1 . 1 . 3全球定位系统信号接收器

它可以捕获按一定卫星高度截止角选定的待测卫星的信号，跟踪这些卫星的运行情况，对接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，从而测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解读GPS卫星发送的导航信息，实时计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。

1.2GPS定位原理

GPS导航系统的基本原理是测量已知位置的卫星与用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据，知道接收机的具体位置。为了达到这个目的，卫星的位置可以根据星上时钟记录的时间在卫星星历中找到。用户到卫星的距离是通过记录卫星信号传播到用户所需要的时间，再乘以光速得到的。

GPS卫星正常工作时，会用1和0的二进制符号组成的伪随机码连续发送导航信息。导航信息包括卫星星历、工作条件、时钟校正、电离层延迟校正、大气折射校正等信息。GPS导航系统的卫星部分的作用是连续传输导航信息。但是由于用户接收机使用的时钟不能总是与星载时钟同步，所以除了用户的三维坐标X，Y，Z外，引入了一个变量T，即卫星与接收机的时差，作为一个未知数，然后用四个方程求解这四个未知数。因此，如果你想知道接收器在哪里，你必须能够从至少四颗卫星接收信号。如下图所示:

通过求解上述四个方程中的x，y，z，t，就可以得到时间和位置。

GPS定位方法不需要sim卡和网络连接，只要在室外，基本上可以随时随地精确定位。其他类型的卫星定位方法类似于GPS，不再赘述。

基站定位

基于位置的服务也称为位置服务。

2.1相关概念

因为相同频率范围内的信号会相互干扰，为了防止相邻基站相互干扰，相邻基站会选择不同的信道与移动设备进行通信。上图是蜂窝移动基站的示意图，任意两个相邻基站的通信频段不同。基站不是孤立存在的，它们的覆盖区域是交接的，形成一个巨大的移动通信网络。

移动设备插入sim卡并开机后，会主动搜索周围基站信息，并与基站建立联系。在可以搜索信号的区域，手机可以搜索多个基站，但是距离不同。再次通信时，会选择距离最近、信号最强的基站作为通信基站。剩下的基站也不是一无是处。当你的位置移动时，不同基站的信号强度会发生变化。如果基站A的信号不如基站B，手机为了防止链路突然中断，会先和基站B进行通信，协调通信模式后再从A切换到B。这也是为什么今天也是待机日，你在火车上消耗的电量比在家还要多。手机需要不断搜索并连接基站。每次坐火车都会把手机切换到飞行模式，看电影，听歌，还能维持很久。

如上图所示，在这个庞大的移动网络中，根据你的小区，你的下属基站就可以大致知道你的位置信息，再加上一些估计算法，就可以更准确的找到你的位置。

2.2基站定位原理

移动电话测量不同基站的下行导频信号，并获得不同基站的下行导频的到达时间或TDOA。根据测量结果和基站的坐标，利用三角公式估计算法可以计算出手机的位置。实际的位置估计算法需要考虑多个基站的位置，因此算法要复杂得多。一般来说，移动台测量的基站越多，测量精度越高，定位性能的改善越明显。

以上介绍有些官方，不太好理解。说白了，离基站越远，信号越差。根据手机接收到的信号强度，可以粗略估计出离基站的距离。当手机同时搜索至少三个基站的信号时。一件事)，可以大致估算一下离基站的距离；基站在移动网络中是唯一的，其地理位置也是唯一的，因此可以得到三个基站与手机的距离。根据三点定位原理，只需要画一个以基站为中心，距离为半径的圆，这些圆的交点就是手机的位置。网上发布的微信三点定位原则也是如此。

由于基站定位时信号容易受到干扰，固有的决定了其定位精度在150米左右，所以基本不可能开车导航。定位条件是手机必须处于sim卡注册状态，无论室内与否，都必须接收三个基站的信号。但是定位速度超级快，一旦有信号就可以定位。目前主要目的是不用GPS和wifi就能快速大致了解自己的位置。另外，如果你的手机里没有基站位置数据包，你需要连接互联网。

无线定位

除了基站定位，还有一种可能大家都不熟悉的地面定位方法，就是Wi-Fi定位。

可以，Wi-Fi也可以定位！

也许你会认为我所说的Wi-Fi定位是IP状态定位。其实不是！

众所周知，每个上网的人都会有一个公开的IP地址。这些IP位置都是在网络系统注册的，比如南京电信或者上海联通。

IP地址可以大致跟踪你的位置，但是这种定位有其局限性。一方面，现在很多运营商采用NAT技术，不一定给每个用户分配公共网络地址。另一方面，IP地址容易被骗。如果我拿到代理地址，你看到的IP可能是美国的。

Wi-Fi定位，我称之为Wi-Fi定位，与上面的IP地址定位完全不同，后者是基于Wi-Fi路由器的MAC地址。

每个无线AP都有一个世界上唯一的MAC地址，一般来说，无线AP在一段时间内是不会移动的。

Wi-Fi开启时，采集设备可以搜索这个无线AP的信号，获取其MAC地址和信号强度信息。

采集设备将此信息上传到服务器，由服务器计算后，保存为“MAC-经纬度”映射。当收集到足够的信息后，服务器上就建立了一个巨大的Wi-Fi信息库。

当设备处于这样的网络中时，可以识别AP的收集数据可以被发送到位置服务器，位置服务器检索每个AP的地理位置，并计算设备的地理位置，并根据每个信号的强度将其返回给用户设备。计算方法与基站类似，也采用三点定位或多点定位技术。

位置服务提供商应不断更新和补充自己的数据库，以确保数据的准确性。

那么，问题来了，这些AP位置映射数据是如何采集的？

大致可以分为两种:主动收集和用户提交。

活动集合:

谷歌街景拍车，没想到吧？它是一个采集设备。它收集沿途的无线信号，通过GPS标记定位的坐标，并将其发送回服务器。

用户提交:

安卓手机用户打开“无线网络定位”，会提示是否使用谷歌的定位服务。如果是，用户的位置信息将由谷歌收集。IPhone会自动采集Wi-Fi MAC地址、GPS位置信息、运营商基站码等。，并将它们发送到苹果的服务器。

Wi-Fi定位和基站定位一样，在AP密集的地方效果很好。如果AP少，很难准确定位。

一般来说，Wi-Fi很难实现，可用性和准确性不高。所以主要是辅助定位法。

A-GPS定位

谈到援助，我们将谈谈A-GPS。

A-GPS，辅助全球定位系统，辅助全球定位系统。从名字可以看出，这是GPS的增强功能。

AGPS将GSM/GPRS与传统卫星定位相结合，利用基站发送辅助卫星信息，以减少GPS芯片获取卫星信号的延迟时间。覆盖的房间也可以通过基站信号进行补偿，从而减少GPS芯片对卫星的依赖。AGPS利用手机基站的信号，通过连接远程定位服务器下载卫星星历，配合传统GPS卫星接收机使定位速度更快。它是一种结合网络基站信息和GPS信息来定位移动台的技术。它利用GPS和移动基站两者解决了GPS覆盖问题，可用于第二代G、C网和3G网。

普通GPS系统由GPS卫星和GPS接收机组成。与普通的全球定位系统不同，AGPS系统中还有一个辅助定位服务器。在AGPS网络中，接收机可以通过与辅助服务器通信来获得定位辅助。由于AGPS接收机和辅助服务器之间的任务是分开的，AGPS往往比普通的GPS系统具有更快的定位能力和更高的效率，并且可以快速捕获GPS信号，所以第一次捕获时间会大大减少，一般只有几秒钟，其精度只有几米，高于GPS。通过使用AGPS接收机，不再需要下载和解码来自GPS卫星的导航数据，因此它可以有更多的时间和处理能力来跟踪GPS信号，这可以减少第一次定位时间，增加灵敏度并最大化可用性。

AGPS定位的基本步骤

agps手机首先通过网络向定位服务器发送自己的基站地址信息；

定位服务器发送GPS辅助信息。)根据手机的大致位置将位置相关信息发送给手机；

手机的AGPS模块根据辅助信息接收GPS原始信号；

手机接收到GPS原始信号后，对信号进行解调，计算出手机到卫星的伪距，通过网络将相关信息传送给定位服务器；

定位服务器根据传输的GPS伪距信息和来自其他定位设备的辅助信息，完成对GPS信息的处理。)，并估计手机的位置；

位置服务器通过网络将手机的位置传送到位置网关或应用平台。

AGPS的优势在于它的定位精度。在室外等空区域，在正常GPS工作环境下其精度可达10米左右，堪称目前定位精度最高的定位技术。另一个优点是第一次捕捉GPS信号只需要几秒钟，不像GPS第一次可能需要2 ~ 3分钟。虽然AGPS技术首次定位精度高、捕获全球定位系统信号时间短，但也存在一些缺点。首先，室内定位的问题仍然不能得到满意的解决。此外，AGPS的定位必须通过多个网络传输，这被认为会占用运营商大量的资源，并将为消费者产生大量的流量费用。而且AGPS手机相比普通手机在功耗上有一定的额外负担，间接缩短了手机的待机时间。此外，有时无法从多颗卫星获得信号，这通常是由于AGPS电话天线接收器所处环境的限制。在这种情况下，AGPS函数将不能很好地使用。

二、开发者如何实现手机定位？

知道了这些定位方法的“开发者实现模式”，开发者就怕汗流浃背了。千千成千上万的应用都是说“自己维护基站和WIFI数据库”吗？

回答:当然不是。在实际工程实践中，有两种主流方法:

手段之一:调用系统级定位能力

无论哪个系统提供了一套系统级的定位能力，这样的定位能力对应着一套系统级的API。一般来说，这个API总是有以下精度选项:

高精度:如果能找到GPS卫星，就用GPS定位；否则，使用WIFI进行定位；如果WIFI和GPS都不能成功定位，只能根据基站给出定位结果。

平衡功耗:禁用GPS，优先使用WIFI，如果WIFI不可用，就用基站定位。

低功耗:根据不同系统的规定，实现方式有所不同，但都是共享其他应用的定位结果，即其他应用获得精度高、功耗均衡的位置，所以这个位置也是利用“低功耗定位”推送到当前应用，即应用在不消耗额外能耗的情况下完成定位。

当然，这种系统级定位能力也有弱点，主要表现在以下两点

在基站和WIFI定位能力方面，系统的定位能力取决于系统自身在这方面输入数据采集和计算的能力，参差不齐。举个简单的例子，百度和高德已经收集了全国数百个公共场所的室内定位信息，这样就可以实现米的室内定位。是苹果做的吗？是谷歌做的吗？是微软做的吗？他们如何与国内服务提供商竞争？当人们说苹果的定位和谷歌地图在中国是准确的时候，我真的醉了。

在中国，谷歌的服务不可用。考虑到基站和WIFI定位必须连接服务器才能发送请求，安卓系统级定位能力的可用性也会有很大影响。至少那些“并行”的手机不能调用国内的系统定位服务，而在授权手机的同时，相应的厂商会对这个API接口的实现进行改造，使其重定向到请求一些国内的定位服务提供商，从而使这个接口重新可用(对于开发者来说，他并不需要。

但是我们不得不承认，在IOS和WP系统上，由于OS不开放读取基站和WIFI的接口，实际上操作系统的定位能力已经形成垄断，开发者无法实现自己的定位能力。这也会导致苹果和WP手机上所有应用同时出现同样的定位错误。

第二种手段:调用第三方定位SDK

对于可以公开读取基站和WIFI信息的安卓手机系统，百度、高德等国内地图厂商已经自行实现了定位SDK。定位SDK的功能是通过系统界面读取原始的定位信息，然后借助各个家庭部署维护的数据库查询当前扫描的基站和WIFI位置，最后计算出更精确的定位结果，通过SDK界面返回给开发者。这样做的好处是可以让app的定位能力脱离对手机系统的依赖。

举个例子，如果一个app只调用系统定位接口，那么在有牌照的手机中，因为手机厂商已经将定位网络服务器重定向到国内某个定位服务商，肯定可以定位，但是在并行手机中，因为系统底层直接连接到google服务器，所以无法定位。但是，用户是上帝，这是用户不能接受的。为了保证app可以在所有手机上定位，开发者将不得不使用第三方的独立定位SDK。

三、如何定位别人的手机？

注意:定位他人手机会涉及隐私问题，所以学习方法只推荐用于定位老人和孩子的下落，以保证老人和孩子的安全，不能用于非法活动！

1.传统方法

目前大部分手机品牌的定制系统都会自带手机搜索功能，比如iPhone、魅族、华为等品牌。但如果其他个别手机品牌没有自带手机搜索功能，而是想定位自己的手机，只能通过安装第三方应用来实现。借助第三方APP的手机定位功能，可以轻松定位他人的手机位置。不要重复具体的常规软件，可以尝试使用360移动卫士，利用手机的防盗功能实现定位！或者利用百度云的手机检索功能实现定位！

2.特殊方法

1.通过微信、QQ等即时聊天工具获取对方的位置

这种方式是通过微信上的系统发送伪装的文章或红包，通过文章或红包获取对方的位置。这样聊天的对方就需要打开一篇文章或者收到红包，才能获得对方的位置。具体方法我付费专栏视频讲解！

2.通过木马程序植入获取手机权限实现定位

这样就有了很多获取对方手机的权利，不仅是位置，还有通话、短信、微信记录。