早在15世紀(jì),當(dāng)人類開始探索海洋的時(shí)候,定位技術(shù)也隨之催生。當(dāng)時(shí)的定位方法十分粗糙,就是是運(yùn)用航海圖和星象圖以確定自己的位置。
隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展,定位技術(shù)在技術(shù)手段、定位精度、可用性等方面均取得質(zhì)的飛越,并且逐步從航海、航天、航空、測(cè)繪、軍事、自然災(zāi)害預(yù)防等“高大上”的領(lǐng)域逐步滲透社會(huì)生活的方方面面,成為人們?nèi)粘V胁豢苫蛉钡闹匾獞?yīng)用——比如人員搜尋、位置查找、交通管理、車輛導(dǎo)航與路線規(guī)劃等等……
總體來說,定位可以按照使用場(chǎng)景的不同劃分為室內(nèi)定位和室外定位兩大類,因?yàn)閳?chǎng)景不同,需求也就不同,所以分別采用的定位技術(shù)也不盡相同。

一、成熟的室外定位技術(shù)
目前應(yīng)用于室外定位的主流技術(shù)主要有衛(wèi)星定位和基站定位兩種。
1. 衛(wèi)星定位
衛(wèi)星定位即是通過接收衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信號(hào)來進(jìn)行定位,衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有:美國(guó)全球定位系(GPS)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)、歐洲伽利略(GALILEO)系統(tǒng)、中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),其中GPS系統(tǒng)是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的衛(wèi)星定位技術(shù)。
GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成:空間部分、地面控制部分、用戶設(shè)備部分。
空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成,它們均勻分布在6個(gè)軌道面上(每個(gè)軌道面4顆),衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星,并能保持良好定位解算精度的幾何圖象;
控制部分主要由監(jiān)測(cè)站、主控站、備用主控站、信息注入站構(gòu)成,主要負(fù)責(zé)GPS衛(wèi)星陣的管理控制;
用戶設(shè)備部分主要是GPS接收機(jī),主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào),獲得定位信息和觀測(cè)量,經(jīng)數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)定位。
GPS的定位原理說白了就是通過四顆已知位置的衛(wèi)星來確定GPS接收器的位置。
要達(dá)到這一目的,衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間,再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾,這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離,而是偽距)。
當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí),會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡(jiǎn)稱偽碼)發(fā)射導(dǎo)航電文。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。然而,由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步,所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外,還要引進(jìn)一個(gè)變量t即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù),然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置,至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。
衛(wèi)星定位雖然精度高、覆蓋廣,但其成本昂貴、功耗大,并不適合于所有用戶。
2. 基站定位
基站定位一般應(yīng)用于手機(jī)用戶,手機(jī)基站定位服務(wù)又叫做移動(dòng)位置服務(wù)(LBS,LocationBasedService),它是通過電信移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)(如GSM網(wǎng))獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息。
手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備在插入sim卡開機(jī)以后,會(huì)主動(dòng)搜索周圍的基站信息,與基站建立聯(lián)系,而且在可以搜索到信號(hào)的區(qū)域,手機(jī)能搜索到的基站不止一個(gè),只不過遠(yuǎn)近程度不同,再進(jìn)行通信時(shí)會(huì)選取距離最近、信號(hào)最強(qiáng)的基站作為通信基站。其余的基站并不是沒有用處了,當(dāng)你的位置發(fā)生移動(dòng)時(shí),不同基站的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化,如果基站A的信號(hào)不如基站B了,手機(jī)為了防止突然間中斷鏈接,會(huì)先和基站B進(jìn)行通信,協(xié)調(diào)好通信方式之后就會(huì)從A切換到B。這也就是為什么同樣是待機(jī)一天,你在火車上比在家里耗電要多的原因,手機(jī)需要不停的搜索、連接基站。
基站定位的原理也很簡(jiǎn)單:我們知道,距離基站越遠(yuǎn),信號(hào)越差,根據(jù)手機(jī)收到的信號(hào)強(qiáng)度可以大致估計(jì)距離基站的遠(yuǎn)近,當(dāng)手機(jī)同時(shí)搜索到至少三個(gè)基站的信號(hào)時(shí)(現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋這是很輕松的一件事情),大致可以估計(jì)出距離基站的遠(yuǎn)近;基站在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中是唯一確定的,其地理位置也是唯一的,也就可以得到三個(gè)基站(三個(gè)點(diǎn))距離手機(jī)的距離,根據(jù)三點(diǎn)定位原理,只需要以基站為圓心,距離為半徑多次畫圓即可,這些圓的交點(diǎn)就是手機(jī)的位置。