转自:物联网智库
卫星定位是通过接收卫星提供的经纬度坐标信号进行定位。卫星定位系统主要包括美国的全球定位系统、俄国的GLONASS、欧洲的伽利略系统和中国的北斗卫星导航系统，其中GPS系统是目前应用最广泛、最成熟的卫星定位技术。
GPS全球卫星定位系统由:空三部分组成，地面控制和用户设备。
图:GPS定位原理
卫星定位虽然精度高、覆盖面广，但由于成本高、功耗大，并不适合所有用户。
2.基站定位
基站定位一般适用于手机用户。手机基站定位服务又称LBS ，通过电信移动运营商的网络获取移动终端用户的位置信息。
移动设备，如手机，插入sim卡后，会主动搜索周围的基站信息，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。
基站定位的原理也很简单:我们知道离基站越远，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。当手机同时搜索到至少三个基站的信号时，就可以大致估算出离基站的距离；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。
图:基站“三点定位”原理
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。
表:两种室外定位技术的比较
定位技术
Gps定位
位置服务定位
原则
卫星定位
基站定位
准确
高精度
精度低
功耗
很大，需要手机为GPS模块提供高压电源
基站可以在不消耗移动电话功率的情况下收集数据
优势
室外定位精度高；
覆盖面广
定位速度超快；
不受天气、高楼、位置等影响。；
低功耗
劣势
1.1的天线。GPS系统必须在室外，能看到大面积的天空空，否则无法定位，受天气和位置影响较大；
2.比较功耗；
3.成本更高
1.定位条件是手机必须在有基站信号的位置处于sim卡注册状态，必须接收三个基站的信号；
2.定位精度低
1.室内定位应用
室内定位是通过技术手段了解室内人的实时位置或动作轨迹。基于这些信息，可以实现许多应用。
大型商场中的商户能够通过室内定位技术获知哪些地方人流量最大，客人们通常会选择哪些行动路线等，从而更科学地布置柜台或者选择举办促销活动的地点。客人也可以利用室内定位技术更方便地找到所需购买物品的摆放区域，并获得前往该处的最佳路线。家长不用再担心孩子在商场中走失，通过室内定位技术可以实时定位孩子的位置。公司的管理者则可以运用室内定位技术实时获知室内的人员状况，从而更好地优化空调的使用等，达到节能减排的目的，还能够有效提高安全保卫的水平。通过部署室内定位技术，电信运营商能够更好地找到室内覆盖的“盲点”和“热点”区域，更好地在室内为用户提供通信服务。
可靠性:如上所述，室内环境非常动态，会频繁变化。比如商场的设置和分区会经常变化。另一方面，定位所依赖的基础设施往往会发生变化。比如在一些大型会议上，参展商会设置自己的WiFi热点，这些设施会动态改变位置，甚至有时会开有时关。如果定位技术是基于WiFi的，可靠的系统应该不会受到这些因素的影响。
成本和复杂性:成本和复杂性指数涵盖两个方面。一个是定位终端的成本，是否可以在不增加新硬件的情况下使用终端的现有硬件。另一方面，是布局和维护的成本和复杂性，包括布局和维护所需的设施以及相关数据库的收集。
室内定位有各种技术分支，下图是各种室内定位方案的对比图:
目前，室内定位常用的定位方法原则上主要分为七种:接近检测法、质心定位法、多边定位法、三角测量法、极点法、指纹定位法和航位推算算法。
定位原理
形容
特征
接近检测方法
通过接收一些有限范围的物理信号，可以判断移动设备是否靠近某个发射点。
这种方法虽然只能提供大概的定位信息，但是布局成本低，易于搭建，适合一些对定位精度要求不高的应用，比如员工入住使用自动识别系统。
质心定位法
根据移动设备可以接收信号的范围内的所有已知信标位置，质心坐标被计算为移动设备的坐标。
这种方法简单易懂，计算量小，定位精度取决于信标的布局密度。
多边定位法
通过测量待测目标和已知参考点之间的距离，可以确定待测目标的位置。
精度高，应用广泛。
三角形法
在该方法中，在获得待测目标相对于两个已知参考点的角度后，可以通过结合两个参考点之间的距离信息来确定唯一的三角形，即可以确定待测目标的位置。
精度高，应用广泛。
极点法
待测点的位置通过测量相对于已知参考点的距离和角度来确定。
这种方法只需要知道一个参考点的位置坐标，使用非常方便，在大地测量中得到了广泛的应用。
指纹定位方法
指纹数据库建立在location 空房间，通过实际信息与数据库中的参数对比实现定位。
指纹定位的优点是几乎不需要参考测量点，定位精度比较高。但缺点是前期离线建立指纹数据库工作量巨大，难以适应环境变化较大的场景。
航位推测法
在已知先前位置的基础上，通过计算或计算已知的运动速度和时间来获得当前位置。
数据稳定独立，但这种方法存在累积误差，定位精度随着时间的增加而变差。
不同的室内定位方法选择不同的观测值，通过不同的观测值提取算法所需的信息。下表简要介绍了主要观察结果。
定性测量
简介
RSSI测量
它计算信号的传播损耗，可以用理论或经验模型将传播损耗转化为距离，也可以用于指纹定位，建立指纹数据库。
到达时间测量
该方法主要测量基站和移动台之间的单向传播时间或往返传播时间。前者要求基站和移动台之间的时钟同步。
TDOA测量
这种方法也测量信号的到达时间，但是使用到达时间差进行定位计算，并且可以使用双曲线交点来确定移动台的位置，因此可以避免基站和移动台之间的精确同步。
AOA测量
该方法是指接收机通过天线阵列测量电磁波的入射角，包括测量基站信号到移动台的角度或移动台信号到基站的角度。每种方法都会产生一条从基站到移动台的定向线路。两个基站可以得到两条定向线，交点就是移动台的位置。因此，AOA方法只需要两个基站来确定移动站的位置。
方向和距离
获取的方向和距离大多用于航位推算和定位，利用自带传感器记录载体的物理信息计算方向和距离，从而可以在已知先前位置的基础上计算出当前位置。
根据上面介绍的定位原理和观测，衍生出了多种室内定位技术，下面简单介绍主流的室内定位技术。
1.WiFi定位技术
目前WiFi是一项比较成熟且应用广泛的技术，近年来很多公司都在这方面进行了投资。WiFi室内定位技术主要有两种。
WiFi定位一般用“最近邻法”来判断，也就是哪个热点或者基站离得最近，也就是考虑的地方。如果附近有多个源，可以通过交叉定位提高定位精度。
随着WiFi的普及，定位不需要铺设专用设备。使用智能手机时打开了Wi-Fi和移动蜂窝网络的用户可能会成为数据源。该技术具有易扩展、数据自动更新、成本低的优点，是第一个实现规模化的技术。
而WiFi热点受周围环境影响较大，准确率较低。为了更准确，有的公司做WiFi指纹采集，提前记录大量确定的定位点的信号强度，通过新增设备的信号强度与数据量巨大的数据库对比来确定位置。
由于采集工作需要大量人员进行，并且需要定期维护，技术很难扩展，所以国内这么多商场很少有公司能够定期更新指纹数据。
WiFi定位可以实现复杂大范围的定位，但精度只能达到2米左右，无法实现精确定位。因此适用于人或车的定位导航，可用于医疗机构、主题公园、工厂、商场等需要定位导航的地方。
2.FRID定位技术
射频识别定位的基本原理是读取目标射频识别标签的特征信息。)通过一组固定的阅读器，标签的位置也可以通过最近邻、多边定位和接收信号强度的方法来确定。
这项技术工作距离短，通常最长几十米。但它可以在几毫秒内获得厘米级的定位精度信息，传输范围大，成本低。同时，由于其非接触、非视距的优势，有望成为首选的室内定位技术。
该技术目前主要用于军事中飞机、坦克、导弹等红外辐射源的被动定位，也用于室内自行机器人的位置定位。
目前流行的基于超声波的室内定位技术有两种:一种是超声波和射频技术相结合进行定位。由于射频信号的传输速率接近光速，远高于射频速率，因此可以利用射频信号先激活电子标签，再使其接收到超声波信号，采用时差法进行测距。该技术成本低、功耗低、精度高。另一种是多超声波定位技术。该技术采用全球定位，可以在移动机器人上四个方向安装四个超声波传感器，划分待定位空间空，通过超声波传感器测距形成坐标，整体把握数据，抗干扰能力强，精度高，可以解决机器人迷路的问题。
超声波定位精度可以达到厘米级，精度比较高。缺点是超声波在传输过程中衰减明显，影响其有效定位范围。
5.蓝牙定位技术
蓝牙定位是基于RSSI定位原理。根据定位终端的不同，蓝牙定位方法分为网络侧定位和终端侧定位。
网络侧定位系统由终端、蓝牙信标节点、蓝牙网关、无线局域网和后端数据服务器组成。具体定位过程如下:
1)首先，在该区域放置信标和蓝牙网关。
2)当终端进入信标信号覆盖区域时，终端可以感知信标的广播信号，然后计算出一个信标下的RSSI值，通过蓝牙网关和wifi网络传输到后端数据服务器，通过服务器内置的定位算法计算出终端的具体位置。
终端侧定位系统由终端设备和信标组成。其具体定位原则是:
1)首先，在该区域放置蓝牙信标
2)信标向周围环境连续广播信号和数据包
3)当终端设备进入信标信号覆盖的范围时，测量其在不同基站下的RSSI值，然后通过手机内置的定位算法计算出具体位置。
终端侧定位一般用于室内定位导航、精准定位营销等用户终端；网侧定位主要用于人员跟踪定位、资产定位、客流分析等情况。蓝牙定位的优势在于实现简单，定位精度与蓝牙信标的铺设密度和发射功率密切相关。并且可以通过深度睡眠、免连接、协议简单来省电。
6.惯性导航技术
这是一种纯客户端技术，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，通过基于航位推算的各种运算获得物体的位置信息。
超宽带定位技术利用预先布置的已知位置的锚节点和桥节点与新加入的盲节点进行通信，利用三角测量或“指纹”定位来确定位置。
超宽带可用于室内精确定位，如战场士兵的定位、机器人运动跟踪等。与传统窄带系统相比，超宽带系统具有穿透性强、功耗低、抗干扰效果好、安全性高、系统复杂度低、定位精度高等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或运动的物体和人的定位、跟踪和导航，并可以提供非常精确的定位精度。根据不同公司使用的不同技术手段或算法，精度可保持在0.1 m至0.5 m之间。
8.发光二极管可见光定位技术
可见光是一个新的领域。通过对每个LED灯进行编码，并在灯上调制其ID，灯就会不断发出自己的ID，利用手机的前置摄像头就可以识别出这些代码。利用获取的识别信息确定地图数据库中对应的位置信息，完成定位。
根据光线到达角度，高通已经达到厘米级的定位精度。因为不需要部署额外的基础设施，终端数量的扩展对性能没有影响，可以达到非常高的精度。这项技术受到高通公司的青睐。
目前，可见光技术已经在北美的很多商场部署。用户下载应用后，到达商场某个货架，通过检测货架周围的灯光就可以知道具体位置。这样商家就把商品打折等信息推给消费者。
9.地磁定位技术
地球可以看作一个磁偶极子，其中一极位于地理北极附近，另一极位于地理南极附近。地磁场包括基本磁场和变化磁场两部分。基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，相对稳定，属于静磁场。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要来源于地球内部，相对较弱。
10.视觉定位
视觉定位系统可以分为两类，一类是通过移动传感器采集图像来确定传感器的位置，另一类是通过固定位置传感器来确定待测目标的位置。根据参考点的选择，可以分为参考三维建筑模型、图像、预部署目标、投影目标、参考其他传感器和无参考。
将参考3D建筑模型和图像分别与现有建筑结构数据库和预校准图像进行比较。为了提高鲁棒性，参考预部署目标，使用排列好的特定图像标识作为参考点；投射目标是在参考预部署目标的基础上投射室内环境中的参考点。通过参考其他传感器，可以融合来自其他传感器的数据，以提高准确性、覆盖范围或鲁棒性。
除了上面提到的，目前还有几十种甚至几百种定位技术，每种定位技术都有各自的优缺点和适合的应用场景，没有绝对的胜负。根据不同需求，因地制宜部署解决方案是上策~
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