常用的几种定位技术
技术背景
目前常见的定位技术大概包含GNSS(全球导航卫星系统)，基站/WIFI定位，以及IP定位等一些列常见的室内室外定位技术，这些定位技术在疫情防控，军备建设，肃清网络环境等方面都起着比较重要的作用。今天我们来说一下常见的这几种定位技术的原理和应用。
正文
说起定位技术，可能大家首先想到的就是GPS,近几年我国的北斗卫星导航系统也开始投入商用，加之俄罗斯的格洛纳斯导航系统(GLONASS),欧盟的伽利略导航系统共同组成了GNSS国际委员会。那么这些卫星定位技术原理都是一样的，我们先介绍一下卫星定位技术！
卫星定位
众所周知啊，自从笛卡尔大哥发明了坐标系以后，宇宙中的一切都有了相对位置，我们可以通过相对位置计算出相对距离。这是卫星定位技术可行的数学基础。
定位原理
我们从上图不难看出，卫星定位系统包含了三个部分：空间部分，地面控制部分，用户部分。
我们手机中一般都会提前内置了卫星定位芯片，目前手机中应该是支持多系统的融合定位技术的。该芯片属于从设备，他不会向卫星发送任何信息，而是一直被动的接受卫星的广播数据，根据芯片内置的GPS解调制算法计算出位置返回给用户。
那么说了这么多定位的原理究竟是什么呢？笛大哥的坐标系这个时候派上用场了。卫星定位的空间部分一般需要24颗卫星，均匀分布在6个轨道面上才能保证全球覆盖，当然还需要一些备用卫星，所以我国的北斗导航截止目前查阅到的信息已经是有35颗在轨卫星组成，那么根据前面的描述，每一个轨道面我们至少可以观测到4颗卫星覆盖当前区域。
卫星在向地表辐射数据的时候，会附加上信息发出的时间，终端接受到信息后就会有一个接受时间，电磁波在空间中传播的理论速度为光速，那么速度和时间是不是就知道距离了。假设目前有三台卫星(坐标已知)，根据上面的方法是不是可以直接确定当前接受设备的坐标呢？(三点定位法)这个时候可能有人要说了，你说的这是理想情况，正常情况下电磁波会衰减，就会存在误差啊！
确实是这样，所以我们实际使用都会是4颗卫星，卫星上携带的是精度极高的原子钟，所以时间也会非常精确，我们多一组方程就用来确定钟差，这样就可以缩小误差
其中(xi,yi,zi,ti)就是第i颗卫星的空间坐标和时刻，根据四颗卫星的坐标加上手机存储的地图信息，就可以显示出我们当前的位置信息。
误差修正
在卫星定位的过程中，误差修正也是一件很重要的事情。一般误差来源于卫星误差，传播误差，接收端误差等！ 其中由于卫星上采用的是世界上精度最高的原子钟，误差可以说是非常小了。其中传播误差的影响最大，因为在电磁信号穿透云层会出现衰减，根据公式来看的话会导致最后的结果存在较大的误差。因此我们一般采用差分定位的方法来修正该误差。
它的原理：卫星首先与定位装置附近的地面定位站进行联系，通过地面定位站的坐标和接受时刻来计算误差大小，在于实际设备进行定位的时候合入该误差计算，从而达到缩小误差的目的。
由于我们地面基站几乎都建在城市附近。所以也就有我们日常在城市里的定位信息比较准确，一般民用的差不多精度可以小于10米的样子，但是在乡村定位的数据偏差就会比较大。
基站/WIFI定位
由于卫星定位的成本是比较高的，需要较多的硬件设备支持，基站定位的低成本就导致他的用途比较广泛了，最为人熟知的应用就是目前防疫的行程码了吧！我们打开行程码就能看见下面的支持单位：三大运营商的研究所以及信通院。
空口侧信息
我们知道啊，基站在一个地方建成后就不会再移动位置了，那么用坐标系来说呢。他是不是就有一个固定的坐标了。可能大家也猜到这和卫星定位的原理差不多，事实上定位的算法可以说是大同小异的。但是基站定位有一套完整的机制来支持定位可以成功。我们以LTE下的基站定位为例：
我们知道啊，LTE网络宏观上的驻网流程是这样的：
开机初始化SIM卡
选择PLMN
选择小区
随机接入
ATTACH
鉴权加密激活承载
TAU
succ
那么当一个通信基带成功驻留在小区以后呢，就会获得一个CELLID,这个CELLID后面我们基站定位会用的到。
下面我们介绍几个名词：TA,TAI,TAU,TAC,LAC
TA是跟踪区，为了确认UE的位置，LTE的网络覆盖区域被分为了许多个跟踪区，它是LTE中位置更新和寻呼的基本单位。 TA由TAC来标识，也就是，一个TA可能包含一个或者多个小区。 TAC就功能上来说类似于GSM和WCDMA下的LAC.网络在运营的时候用TAI作为TA的唯一标识，TAI由MCC,MNC,TAC组成。这个TAC也是我们后面进行基站定位的一个重要成员。
那么当我们的位置发生变化的时候，即TA发生变化了，那么UE必须要在新的TA上重新进行位置登记来通知网络更换位置信息
UE在附着的时候，MME(核心网侧设备)会为UE分配一组TA list ,UE会保存起来，网络会在需要的时候根据这个list向UE发起寻呼，当UE进入新的跟踪区之后，UE就会发现当前的TAC不在TA list当中，那么就说明这个时候位置发生变化了。
这个周期性的TAU由核心网侧的T3412定时器控制，是不是很熟悉，PSM的TAU也是T3412控制的，当TAU超时之后，UE也会主动发起TAU的流程。
基站定位的具体实现
上面介绍了接入基站位置更新的一个流程，那么具体涉及到基站定位的实现就比较简单了。目前全球最大的基站定位服务商是谷歌和skyhook,具体的原因就是我们全球的手机绝大部分都使用的是谷歌的安卓框架和苹果的IOS系统，Skyhook就是苹果的合作伙伴。我们手机只要开启位置服务，当我们走过大街小巷的时候，全球各个地方的基站信息都在后台偷偷的跑到了这两位的服务器里面。
我们日常使用的基站定位功能就是通过CELL_ID,TAC,MCC,MNC这个几个参数来匹配基站完成定位的，实际上我们只需要将这几个参数提供给位置服务商，他们就会根据参数计算出大致的位置上报给我们，一般的单基站匹配到的位置精确度很低。正常需要使用的话可能需要使用多基站定位才能保证精确度。可能又有人要问了，我们的设备一次只能接入一个基站，怎么多基站定位呢?其实我们的设备在进行基站选择的时候通常是择优选择，哪个基站的信号最强我就接入哪一个，但是并不代表手机只能识别一个基站，就像下面我通过*##4636##* 查看自己手机的基站信息：
基站信息1
基站信息2
我们可以看见所有的小区信息包含了很多小区，但是真正驻扎的小区只有一个。
为了方便大家直观了解各种定位的差别，我用PYQT5写了一个定位的DEMO,在后面会通过录屏给大家展示。
WIFI定位
WIFI定位其实没有什么好说的啊，这种技术就是依赖强大的数据库，我们知道当我们连接上WIFI之后，WIFI会给我们设备下发一个BSSID,翻译过来就是基础服务集群ID,是802.11协议中规定的唯一标识一个设备集群的标识符，由48位2进制表示，我们可以把它当做设备的MAC地址，由于它是唯一标识设备的，一般情况下设备也不会发生位移，所以我们可以用它来定位。
和基站定位一样，只要位置服务商将该设备的BSSID集成到数据库中，我们就可以从中获取到该BSSID的大致位置信息。
IP地址定位
原理
接下来我们说一下IP定位，说到这我不禁想起了前不久各大平台纷纷在评论区加上了IP归属地的功能，有人翻到之前“人在美国，刚下飞机”的评论，发现IP归属地是湖南，Hhhhhhhh…
其实IP定位的原理同样很简单，其实IP地址和地理位置本身不是强相关的，而是通过一个所谓的自治系统来建立关系的，那么什么是自治系统呢？百度百科定义的自治系统：一个有权自主地决定在本系统中应采用各种路由协议的小型单位，是一个单独的，可管理的网络单元。同时呢一个自治系统会分配一个唯一的16位编号，下图是他的拓扑关系：
我们可以认为一个AS类似于一个城镇的邮局。
邮件从一个邮局传递到另一个邮局，直到到达正确的城镇为止，然后该城镇的邮局会在该城域内进行传递邮件。每一个AS都控制一组特定的IP地址。
一般情况下，一个AS由单个大型组织（互联网服务器提供商（ISP）,大型企业技术公司，大学或者政府）运营。所以我们就会得到这样一个逻辑关系：
IP地址->地址块->自治网络编码->组织->国家
这样也就不难判断出：我们只要知道该IP的ASN,就能锁定该IP的大致位置，但是这个最多也就是定位到县级或者区级的地理位置，这就是我们普通IP定位的精度了。
这个时候可能就有人要问了，那警察是怎么通过IP地址精确到某个单元楼抓坏人呢?
其实是AS在进行地址分配的时候都会进行一一记录，某一个IP分给了谁,AS都一清二楚。想查询你的位置还不是一查一个准。其实警察叔叔也不是想看谁就看谁的，警察办案也是需要手续去运营商那里获取权限才能查询到具体的地址数据。
隐私问题
其实也并不是只有运营商那边才能查询到你的具体信息。
大数据时代下，互联网上的应用会收集大量的数据信息，根据这些信息推断出某个人的大致的位置信息。例如百度地图会记录IP地址和地址信息进行反向查询，数据精度通常可以达到百米级别。
现在的很多应用在我们打开的时候都会弹出【是否允许扫描本地设备】的字样，如果你选择了是的话，那么该应用就会开始扫描你整个局域网的设备信息并记录。最后将你的IP地址，手机IMEI，WIFI信息汇总起来做一些商业性的行为。最后就会出现，你刚在百度搜素了一下某个关键词，打开淘宝或抖音，就会有一大堆相关的内容扑面而来。所以平时遇见这种情况，多数情况下都不必要点允许的！
写在最后
最后给大家贴上这个定位的demo,由于我们目前开源的接口所能定位到的精度非常有限，因此位置可能不是那么精确，一起来看看吧：
阿光的定位demo
以上就是今天的所有内容，溜了溜了！
