從北斗覆蓋全球說起 手機(jī)導(dǎo)航如何越來越準(zhǔn)？

近期在科技領(lǐng)域傳來一個振奮人心的消息是北斗導(dǎo)航完成全球組網(wǎng)。這意味著中國已經(jīng)可以擺脫美國GPS的技術(shù)限制使用自主可控技術(shù)的導(dǎo)航了。現(xiàn)代化社會對于定位有著極高的需求，不論是打車、點外賣還是導(dǎo)航，都會有衛(wèi)星定位參與其中，普通人的生活已離不開衛(wèi)星定位，因此北斗導(dǎo)航的全球組網(wǎng)才會有如此重要的戰(zhàn)略意義。

再聯(lián)系到生活實際，近些年智能手機(jī)在定位的精度方面有了質(zhì)的飛躍。那么大家對于衛(wèi)星定位技術(shù)了解多少呢？全球范圍內(nèi)有哪些衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)呢？手機(jī)為什么會在衛(wèi)星定位精度方面有了突破呢？手機(jī)定位導(dǎo)航是如何一步步實現(xiàn)當(dāng)前的高精度的呢？今天我們就借著“北斗”的熱度和大家科普一下。

01衛(wèi)星定位原理是什么？全球范圍內(nèi)有哪些衛(wèi)星定位系統(tǒng)？

衛(wèi)星定位三大部分，圖片來源百度百科

衛(wèi)星定位技術(shù)是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點位測量的技術(shù)。在地球上觀測到3顆人造衛(wèi)星即可實現(xiàn)精準(zhǔn)的導(dǎo)航、定位、授時等功能。整個衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三大部分組成，分別是空間部分（人造衛(wèi)星）、地面部分（地面監(jiān)控站）與設(shè)備部分（衛(wèi)星信號接收設(shè)備）。

三球定位原理

目前能夠?qū)崿F(xiàn)全球衛(wèi)星定位的定位技術(shù)原理都是相同的，采用的是三球交匯的幾何原理。具體流程為：（1）設(shè)備端搜尋衛(wèi)星，并測出自身到三顆衛(wèi)星的距離。（2）衛(wèi)星的位置精確可知，并傳遞給用戶。（3）三顆衛(wèi)星均以衛(wèi)星為球心，衛(wèi)星到設(shè)備端的距離畫一個球面。（4）三個球面會得到兩個相交的點，排除掉一個不存在地球上的點即為用戶位置。

值得注意的是，三顆衛(wèi)星的定位并不是特別準(zhǔn)確，這是因為盡管三顆衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)定位，但因為誤差存在且不可避免的原因，三顆以上的衛(wèi)星才能實現(xiàn)高精度的定位。

目前真正意義上的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS，Global Navigation Satellite System）有美國的GPS（Global Positioning System），俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS，Global Navigation Satellite System）和歐盟主導(dǎo)的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo Satellite Navigation System）。

日本的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)覆蓋區(qū)域

除了能夠?qū)崿F(xiàn)全球定位的衛(wèi)星系統(tǒng)外，還有能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域定位的衛(wèi)星系統(tǒng)。如日本的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS，Quasi-Zenith Satellite System），這是一個GPS在日本本土復(fù)雜環(huán)境中的補(bǔ)充和增強(qiáng)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)依賴GPS系統(tǒng)，沒有GPS，這套系統(tǒng)無法使用。日本的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)覆蓋區(qū)域主要為亞太地區(qū)。同樣原理的還有印度的GAGAN系統(tǒng)。

在GAGAN系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，印度研發(fā)了印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（IRNSS/NAVIC，Indian Regional Navigation Satellite System），這套系統(tǒng)可以給印度以及印度周邊1500公里內(nèi)區(qū)域提供實時定位和授時服務(wù)。

目前我們已經(jīng)了解了衛(wèi)星定位的原理，目前主流存在的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，接下來我們就要解讀手機(jī)定位是如何越來越精準(zhǔn)的。

02影響手機(jī)端衛(wèi)星定位的原因是什么？

影響衛(wèi)星定位精度的原因有兩方面，其中一個是大氣電離層對于衛(wèi)星電磁波的影響，其二是電磁波傳輸中的多徑效應(yīng)。

大氣電離層在陽光照射下充滿了離子與電子，衛(wèi)星電磁波信號經(jīng)過電離層時會發(fā)生折射，而這種折射會導(dǎo)致一定的延時，這對實際的定位精度有一定影響，很多科學(xué)家認(rèn)定大氣電離層引起的誤差占到所有誤差的60%。

多徑效應(yīng)指的是電磁波經(jīng)不同路徑傳播，到達(dá)接收端的時間不同，從而對原來信號的真實性造成一定影響。如在建筑較多城市中定位忽左忽右的主要是多徑效應(yīng)導(dǎo)致衛(wèi)星信號衰落引起的。

03為了在手機(jī)實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，人們做了哪些努力？

手機(jī)定位經(jīng)歷了一個從無到有，從有到好用的過程。這個過程是逐步完善的，逐步完善流程為：基站定位→增加衛(wèi)星定位模塊→增加A-GPS定位輔助技術(shù)→雙頻衛(wèi)星定位技術(shù)。

基站定位

基站定位（LBS，Location Based Service），是基于基站與手機(jī)之間通信時差來計算當(dāng)前的大概位置的定位技術(shù)。

基站定位原理

基站定位的精度并不高，誤差從100米到上千米不等。誤差來源是基站與定位的位置與基站的密度?；緮?shù)量越多，密度越高，定位精度就越高。基站與手機(jī)之間阻礙越少，精度就越高。

衛(wèi)星定位

當(dāng)前國內(nèi)智能手機(jī)可識別到的衛(wèi)星定位系統(tǒng)

衛(wèi)星定位則是通過手機(jī)內(nèi)置的衛(wèi)星定位模塊接收衛(wèi)星信號進(jìn)行定位的技術(shù)。這里不再贅述。

A-GPS定位輔助技術(shù)

A-GPS定位輔助技術(shù)原理

A-GPS（Assisted GPS）即輔助GPS技術(shù)，這是一項GPS的輔助增強(qiáng)技術(shù)。這項技術(shù)是將衛(wèi)星定位技術(shù)和基站定位技術(shù)結(jié)合誕生的一項新技術(shù)。工作原理是手機(jī)通過基站定位當(dāng)前位置，A-GPS服務(wù)器將當(dāng)前位置能夠接收的衛(wèi)星參數(shù)反饋給手機(jī)，手機(jī)快速實現(xiàn)衛(wèi)星定位。

雙頻衛(wèi)星定位技術(shù)

雙頻衛(wèi)星定位技術(shù)是通過同時接收低碼率和高碼率兩種衛(wèi)星信號實現(xiàn)精確定位的技術(shù)。低碼率信號接收速度快，定位精度差，主要是讓接收端快速定位；高碼率信號接收速度慢，定位精度高，主要提升接收端的定位精度。雙頻衛(wèi)星定位技術(shù)有效降低大氣電離層帶來的誤差，提升了手機(jī)定位的精度，雙頻衛(wèi)星定位技術(shù)是當(dāng)前手機(jī)定位中的主流技術(shù)。

定位技術(shù)在智能手機(jī)的發(fā)展來看，手機(jī)定位是一個逐步發(fā)展完善的過程。如果實現(xiàn)無人駕駛，衛(wèi)星定位在未來必將會在手機(jī)上演變出雙頻雙系統(tǒng)衛(wèi)星定位技術(shù)等“花活”滿足更為苛刻的使用需求。

總結(jié)

回到開頭的北斗導(dǎo)航上，像這種能夠全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在搭建過程中需要很強(qiáng)的技術(shù)門檻與資金門檻，而北斗導(dǎo)航的全球組網(wǎng)反應(yīng)的是我國在科技方面的極力追趕，特別是北斗導(dǎo)航的技術(shù)是握在我們手上的，安全性與可靠性無需多言。

從手機(jī)端衛(wèi)星定位技術(shù)的演進(jìn)路線看，民用衛(wèi)星定位技術(shù)的精度越來越高，時代的科技紅利被我們盡情享用，這是科技帶給個人最大的便利。不過，大家在使用衛(wèi)星定位技術(shù)時一定要注重保護(hù)自己的位置數(shù)據(jù)，不要隨意授權(quán)不靠譜的App獲取位置信息，保障個人信息財產(chǎn)安全。