面向即时消息开发人员的零基通信技术简介(15):一篇文章足以理解定位技术
1.系列文章介绍
1.1谁适合阅读？
在这一系列的文章中，我们尽最大努力用最简单的文字和图片来组织内容，以便那些没有通信技术基础的人能够理解。然而，我个人认为，至少读一点网络交流的知识会更有意义。如果你在大学里学过计算机网络，你一定不能错过这一系列的文章。
特别推荐即时通讯开发者阅读，因为对于移动网络薄弱的问题，可以找到许多有价值的答案。
友好提示:本系列文章可能涉及以下通信技术类别。如果你感兴趣，你也可以自己系统地研究它们:
面向即时消息开发人员的零基通信技术介绍(15):了解定位技术，一篇文章就足够了
1.2本系列文章的初衷
作为即时消息(即时消息、消息推送等)的开发者。)相关技术，看来对跨学科通信技术(这是大学通信工程专业学生的学习内容)的了解有点太深和太低了，因为一般来说，掌握TCP\IP相关协议和网络编程相关应用技术在逻辑层面上几乎可以胜任这项工作。
是的。然而，在开发即时通讯和推送等应用系统时，尤其是在移动网络下，各种薄弱的网络问题是非常痛苦的。
典型的弱网络问题，例如:
1)频繁断开；
2)严重的数据包丢失；
3)网络抖动；
4)网络延迟；
........
那么，鉴于上述现象，我们如何才能自信地向老板、顾客和产品经理解释以下问题呢？
1)这些现象的根本原因是什么？
2)如何向老板解释在高铁上使用声音视频聊天功能非常困难？
3)如何向客户解释P2P在3G、4G甚至5G网络中的成功率？
4)当购物中心或拥挤的地方信号很好时，如何向顾客解释你的APP不能使用？
.......
你说所有这些都是网络问题，应用程序代码对此无能为力。你在说什么样的网络问题？如果你能说服人们，你就可以把锅扔向网络，否则，只会是应用程序代码。现实一点！
因此，让我们诚实地花些时间研究通信技术(通信技术直接面向网络通信的物理层)，至少如果我们遇到问题，我们不应该告诉别人，至少给自己找一个过去的解释。这是一个优秀程序员的成就！
1.3本系列文章的价值
在互联网上可以找到的所有通信技术数据要么太专业，要么太不专业，要么是从事网络工程的专业人员写的(内容很专业，但很难理解)，要么是外行的信息技术开发人员写的(很少，没有什么价值，因为他们不够专业，内容不准确，参考价值有限)。
它不仅能被外行和普通程序员理解，而且能准确地解释通信技术的知识，这比发现金矿更难。因为普通程序员可以访问的网络编程和网络通信的数据大多是针对数据通信的逻辑层(如tcpip、socket等知识类别)，而通信技术涉及数据通信的物理层(交换机、路由器、天线、网络标准等)。)，从某种意义上说，这是一个完全不同的技术方向。
好消息是，经过长时间的数据收集，我终于有了这一系列的文章，希望能给你带来帮助。
1.4扩大阅读范围
即时消息网络已经编辑了几篇对通信层来说是新的文章，例如“移动即时消息开发者必须阅读(1):易于理解和理解移动网络的“弱”和“慢”，“移动即时消息开发者必须阅读(2):历史上最全面的移动弱网络优化方法概述”，“现代移动网络中短连接的优化方法概述:请求速度、弱网络适应、安全保证”。如果你读过这些文章，不要错过这一系列的文章“即时通讯开发者零基通讯技术介绍”。
此外，如果你对程序员应该掌握的基本网络编程知识了解不多，建议你先阅读“网络编程懒惰系列简介”、“脑残网络编程系列简介”和“未知网络编程系列”。
1.5:通信技术女神镇建筑
面向即时通讯开发者的零基通信技术介绍(15):了解定位技术，一篇文章就足够了_ htlm.jpg。
▲历史上最高价值的科学杂志的封面，人物是“码分多址之母”——海迪·拉马尔(被表演艺术延迟的科学女神)
2.这一系列文章的目录
面向即时通信开发者的零基通信技术介绍(一):通信交换技术百年发展历程(一)
面向即时消息开发者的零基通信技术介绍(二):通信交换技术百年发展历程(二)
即时通讯开发者零基通讯技术介绍(三):中国通讯模式的百年变迁
面向即时消息开发者的零基通信技术介绍(四):手机的演变，历史上最完整的移动终端发展历史
面向即时通讯开发者的零基通信技术介绍(五):1G到5G，移动通信技术30年的演进历程
即时通讯开发者零基通信技术介绍(六):“基站”技术作为移动终端的连接器
即时通讯开发者零基通信技术介绍(七):移动终端的最大化——“电磁波”
即时消息开发者零基通信技术介绍(8):零基，历史上最强的“天线”原则素养
即时消息开发者零基通信技术介绍(九):“核心网”，无线通信网络的中心
即时通讯开发者零基通讯技术介绍(10):零基，历史上最强的5G技术素养
即时通讯开发者零基通信技术介绍(XI):为什么无线信号不好？一句话就明白了！》
即时消息开发者零基通信技术介绍(12):互联网接入？网络中断了吗？一句话就明白了！》
即时消息开发者零基通信技术介绍(十三):手机信号差？一句话就明白了！》
即时通讯开发者零基通信技术介绍(14):在高速铁路上无线上网有多难？一句话就明白了！》
面向即时消息开发人员的零基通信技术简介(十五):一篇文章足以理解定位技术(*本文)
3.本文概述
对于即时消息开发者来说，手机的定位技术对于用户的地理位置和附近的人来说是必需的。然而，当用户、产品经理和测试人员使用这种功能时，在某些情况下，他们无法定位结果或者定位不正确。程序员需要记住这个罐子吗？显然不是。
面向即时消息开发人员的零基通信技术介绍(15):了解定位技术，一篇文章就足够了
▲微信这个超级即时通讯工具中的“位置”、“附近的人”和“晃动”都是基于定位技术
那么，定位技术是如何实现的呢？技术原理是什么？有什么限制？看来我们平时并不知道更多，所以让我们用这篇文章来看看。
4.定位技术被广泛应用
今天，在移动互联网时代，手机已经成为每个人生活的标准。这些手机安装了各种各样的应用程序，提供各种服务，彻底改变了我们的生活。
这些服务包括我们今天的主导角色定位。
面向即时消息开发人员的零基通信技术介绍(15):了解定位技术，一篇文章就足够了
每个人，每个物体，在地球上都有一个空间位置信息，那就是定位。这很重要。我们依靠它找到这个人或这个东西。
自从人类文明开始以来，地图就被发明来标记位置信息。然而，由于技术手段的落后，人们只能通过参照对象来定位“佛教体系”。
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▲佛教定位，追随感觉
后来，随着指南针和指南针的出现，人类的定位能力不断提高，定位精度也不断提高。
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▲郑和下西洋，用“拍星”定位
进入现代后，随着社会的进步和科学技术的发展，定位技术突飞猛进。我们可以测量和定位世界的几乎每个角落。
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▲世界地图
用于定位的设备和技术已经从导航和航空、测绘和救灾、军事和国防等领域逐渐渗透到普通人的生活中，成为不可或缺的一部分。如车辆导航、物流跟踪、交通管理等。
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▲车辆定位和导航
那么，当你通常使用手机定位服务时，你有没有想过这些问题:
1)手机如何实现定位？它是如何工作的？
2)每个人都知道卫星定位。那么，卫星是唯一的定位方法吗？
3)为什么我们有时不打开手机的卫星定位开关就定位？
4)如果我们在室内，没有卫星信号覆盖，是否根本不可能定位？
5)…
好了，有了这些问题，让我们进入主题。
5.卫星定位技术
定位，我们通常根据使用场景分为室内定位和室外定位。
让我们来谈谈最广泛使用的户外定位。目前，我们刚才提到的最主流的室外定位方法是卫星定位。
面向即时通讯开发者的零基通信技术介绍(15):了解定位技术，一篇文章就足够了
卫星定位:是利用人造地球卫星测量点的技术，也是目前应用最广泛、最流行的定位技术。其突出特点是精度高、速度快、成本低。
然而，世界上只有少数几个国家有能力建造和维护卫星定位系统。
每个人都很清楚，包括美国的全球定位系统，中国的北斗系统，欧洲的伽利略系统和俄国的GLONASS。此外，还有日本的准天顶系统(QZSS)和印度的IRNSS。
让我们以最广泛使用的美国全球定位系统为例。全球定位系统，英文全称是全球定位系统。
它始于1958年美国军方的一个项目，于1964年投入使用，并于1994年完全投入使用。
全球定位系统建设的主要目的是为陆地、海洋和空中提供实时、全天候和全球导航服务，并用于一些军事目的，如情报收集、核爆炸监测和应急通信。
该系统由24颗卫星组成，其中21颗是工作卫星，3颗是在轨备用卫星。它们一起形成了全球定位系统卫星星座。
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24颗卫星的高度为离地面20200公里，运行周期为11小时58分钟(12小时的恒星时间)，并均匀分布在6个轨道平面上。
在正常情况下，在地球表面的任何地方，在任何时候都可以观测到平均6颗全球定位系统卫星，最多10颗卫星。
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当然，除了天空中的卫星之外，还需要地面相关设备来配合和监控，也就是地面监控系统。
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全球定位系统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。
全球定位系统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来知道接收机的具体位置。
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我们的手机内置了全球定位系统模块和天线，相当于一个接收器，负责接收和处理全球定位系统数据。
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这些数据由手机操作系统或应用软件(如百度地图)调用，从而达到准确定位的目的。
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提示:如果你感兴趣，你可以安装一个类似“全球定位系统雷达”的应用程序，并随时检查你的手机能找到哪些定位卫星，如下图所示。
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▲我随便扫了一下，头上有不少卫星。
涉及国家安全的卫星定位当然不能完全依赖外国。因此，尽管全球定位系统非常成熟，我国还是发展了北斗系统。
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▲弹道导弹不能被古老美丽的卫星定位，是吗？
到目前为止，我们的北斗系统已经具备了商业能力，可以为客户提供精确到10米的定位服务，并配有可与全球定位系统相媲美的参考站。
同时，北斗也弥补了全球定位系统的不足，具有短消息功能(全球定位系统卫星单向广播，不具备双向通信能力，功能稍显单一)。由于篇幅有限，今天我不多介绍北斗，但下次我会给大家一个特别的话题。
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对于像全球定位系统这样的卫星定位系统，影响定位精度的因素主要来自两个方面:
1)一个是大气中的电离层(在太阳光的照射下，电离层充满了离子和电子，对全球定位系统信号的电磁波有严重的影响)；
2)另一个是多径效应(如前面通信基础介绍中所述，由于建筑物的影响，直接信号和反射信号的到达时间不同，导致信号干扰)。
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但是一般来说，如果天气好的话，全球定位系统的定位精度不会太差。
6.基站定位技术
好的，在讨论了卫星定位之后，让我们来看看地面定位。说到地面定位，首先想到的是什么？哈哈，是雷达吗？
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的确，作为一种搜索和定位技术，雷达被广泛应用于军事和民用领域。然而，普通手机的数量毕竟很大，生活场所的障碍物也很复杂，所以从技术角度或成本角度来看，不适合使用雷达进行定位。
那我们该怎么办？实际上，有许多方法可以使用，最常用的是基站定位，这通常被称为基于位置的服务。
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基站定位的原理类似于雷达。众所周知，雷达定位就是发射雷达波，根据目标的反射来计算空间位置。
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如果基站定位，基站相当于一个“雷达”。
通常，在一个城市中，移动电话会被来自多个基站的信号覆盖。移动电话将“测量”不同基站的下行链路导频信号，以获得每个基站的TOA(到达时间)或TDOA(到达时间差)。根据该测量结果，结合基站的坐标，可以计算出移动电话的坐标值。
画一幅画，你会一目了然:
面向即时通讯开发者的零基通信技术介绍(15):了解定位技术，一篇文章就足够了_ 22.jpg。
很明显，3: 1。
基站定位精度不高，误差在100米到几千米之间。主要的错误原因是基站的位置和密度。简而言之，基站数量越多，密度越高，定位精度越高。基站和手机之间的障碍物越少，定位精度就越好。
通常，农村基站的定位精度较低，因为农村基站数量少，盲点多。有时只有一个站的信号，所以不可能准确定位。
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▲一个站可以定位一个圆，但不能定位一个点
除了上述基站定位，如果您不要求高定位精度，您也可以直接查看手机当前所在的手机信息，确认目标位置。
我们所有的手机，只要连接到运营商的网络，就相当于在网络中“注册”。当前连接的基站的信息可以在移动电话中找到。
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▲输入*#*#4636#*#*查看相应的基站信息，并输入*3001#12345#*
在运营商方面，也很容易找到这些信息。即使您关闭，运营商HSS(负责管理用户数据的设备)也可以找到您之前所在的基站小区。
这种方式检查位置比较快，但精确度很低。基站的覆盖范围从几百米到几公里不等。
7.无线定位技术
除了基站定位，还有另一种大家可能不熟悉的地面定位方法，即无线定位。
是的，无线网络也可以定位！
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也许你会认为我所说的无线定位就是IP状态定位。实际上不是！
众所周知，每个上网的人都会有一个公共的IP地址。这些IP位置在网络系统中注册，如南京电信或上海联通。
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IP地址可以粗略地跟踪你的位置(运营商可以更准确地找到它)，但这种定位有其局限性。一方面，许多运营商现在采用网络地址转换技术，这不一定给每个用户分配公共网络地址。另一方面，IP地址很容易被欺骗。如果我有一个代理地址，你看到的IP可能是美国的。
无线定位，我称之为无线定位，完全不同于上面的IP地址定位，IP地址定位是基于无线路由器的MAC地址。
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世界上每个无线接入点(无线路由器)都有一个唯一的媒体访问控制地址，一般来说，无线接入点在一段时间内不会移动。
当无线网络打开时，采集设备(如移动电话)可以搜索该无线接入点的信号，并获取其媒体访问控制地址和信号强度信息。
采集设备将信息上传到服务器，经服务器计算后，保存为“经纬度”图。当收集到足够的信息时，服务器上就会建立一个巨大的无线信息数据库。
当设备在这样的网络中时，可以将收集的可以标记接入点的数据发送到位置服务器，位置服务器检索每个接入点的地理位置，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。计算方法与基站定位位置相似，也采用三点定位或多点定位技术。
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定位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。
然后，问题是，如何收集这些接入点位置映射数据？
它可以大致分为两种类型:主动收集和用户提交。
[主动获取]:
谷歌街景拍摄车，你没想到吗？这是一个采集设备。它收集沿途的无线信号，用全球定位系统标记坐标，并把它们送回服务器。
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▲谷歌街景拍摄车
[用户提交]:
当“使用无线网络定位”打开时，安卓手机用户将提示是否使用谷歌的定位服务。如果是这样，用户的位置信息将由谷歌收集。IPhone会自动收集无线网络MAC地址、全球定位系统位置信息、运营商基站代码等。，并将它们发送到苹果的服务器。
像基站定位一样，无线定位在接入点密集的地方也有很好的效果。如果接入点很少，就很难准确定位。
一般来说，无线网络难以实现，可用性和准确性不高。因此，它主要是一种辅助定位方法。
【A-GPS】:
谈到定位和援助，我们会谈到A-GPS。
A-GPS，辅助全球定位系统，辅助全球定位系统。从名称可以看出，这是全球定位系统的一个增强功能。
面向即时通讯开发者的零基通信技术介绍(15):了解定位技术，一篇文章就足够了
▲ A-GPS网络架构
这项技术是全球定位系统定位和基站定位的结合。
手机通过基站粗略定位自己的位置，然后告诉AGPS服务器位置。根据这个位置信息，服务器反馈卫星参数(哪个卫星、频率、位置、仰角等。)通过你的头到你的手机，你的手机全球定位系统可以快速搜索卫星。
如果A-GPS被采用，用手机搜索星星的速度将会大大提高，而且它可以在几秒钟内被定位。
即时通讯开发者零基通讯技术介绍(十五):了解定位技术，一篇文章就足够了
实际上，说实话，最可靠的方法是卫星定位。
人们经常发现自己被安置在河里，主要是因为卫星没有信号，然后他们被基站定位和无线定位困住。。。
面向即时通讯开发者的零基通信技术介绍(十五):了解定位技术，一篇文章就足够了
这些(全球定位系统定位，无线定位，基站定位)是常用的户外定位技术。接下来，我们将继续讨论室内定位技术。
8.室内定位技术
8.1概述
事实上，尽管像全球定位系统这样的定位技术精度很高，但它有一个明显的缺点，即它不能穿透建筑物，不能实现室内定位。
然而，对室内定位的需求很大。例如，在地下车库，人们经常忘记他们的车停在哪里。此外，在大型购物中心有很多人，所以很难找到人。如果孩子们迷路了，他们也需要找到。
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▲地下车库是对一个人方向感的巨大考验
在工业中，也有定位要求，如工厂的生产线跟踪和资产管理。
现在我们都在谈论“万物互连”。所以，你一定知道东西在哪里，对吗？
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▲物联网、物联网
对于这种室内定位需求，我们应该采用什么样的定位方式？
事实上，任何一种通信技术都有自己的定位功能。正如我们刚才所说的，基站定位和无线定位都是通信技术，但是通过测量时差，两者都可以测量位置。
因此，有短距离通信技术和室内定位技术。
例如，蓝牙定位、红外定位、射频识别定位、超声波定位、紫蜂定位和UMB定位都属于室内定位技术。事实上，无线定位也适用于室内。
面向即时通讯开发者的零基通信技术介绍(15):了解定位技术，一篇文章就足够了
▲无线室内定位
让我们简单介绍一些典型的例子。
8.2室内定位技术的蓝牙定位
首先，谈谈蓝牙定位。
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众所周知，蓝牙是一种短距离、低功耗的无线传输技术。蓝牙定位是通过在指定区域安装信标(可以发送蓝牙信号)来实现精确定位。这些信标比移动电话小，每隔几米放置一次，可以与所有配备蓝牙模块的移动设备通信。
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▲蓝牙定位联网
蓝牙定位的优点是体积小、距离短、功耗低，并且易于集成在移动设备(如手机)中。只要打开设备的蓝牙功能，就可以找到它。
说到蓝牙定位，我们应该提到iBeacon，这是苹果在2013年推出的一种低功耗精确微定位服务。与普通蓝牙技术相比，它具有更长的传输距离和更高的精度。
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8.3超宽带室内定位技术
另一种流行的室内定位技术是超宽带超宽带。
超宽带定位技术使用预先安排的锚节点和已知位置的桥节点与新增加的盲节点通信，并使用三角测量或“指纹”定位来确定位置。
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▲ UMB室内定位技术
超宽带通信不需要使用传统通信系统中的载波，而是通过发送和接收纳秒或以下的极窄脉冲来传输数据，因此其带宽为千兆赫。
由于超宽带技术具有穿透力强、抗多径效应好、安全性高、系统复杂度低、定位精度高的优点，前景也相当广阔。
8.4摘要
由于空间有限，这里将不介绍其他几种室内定位技术。
应该提到的是，以全球定位系统定位和基站定位等方式建立系统的门槛很高，普通企业既负担不起技术，也负担不起资金。然而，室内定位技术完全不同，它不需要大量投资，而且技术难度要小得多。因此，许多公司现在正在研究和制造许多成熟的产品。这一块的市场前景仍然非常广阔。
9.最后，
好的，以上是对常用定位技术的介绍。
最后，我想提醒大家，定位数据是重要的个人隐私信息，不应被非法获取或用于非法目的。
每个人都必须保护自己的位置数据，不要随意授权不可靠的应用程序获取你的位置信息，以免危及你的生命。
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