解谜手机定位的奥秘
数据恢复四川省重点实验室 王宁
目录
引言： ................................................................. 3 第1章手机定位的基本概念 ............................................... 3 第2章卫星定位(GPS)技术 ................................................ 3
2.1 GPS定位原理 .................................................. 3 2.2 GPS系统的构成 ................................................ 4
2.2.1 空间部分 ................................................. 4 2.2.2 控制部分 ................................................. 5 2.2.3 用户部分 ................................................. 5 2.3 美国政府的GPS策略 ............................................ 5 第3章基站定位(LBS)技术 ................................................ 6
3.1 GSM蜂窝网络基础结构 .......................................... 7 3.2 基站定位的几种方法 ............................................ 7
3.2.1 蜂窝小区(COO)定位 ........................................ 7 3.2.2 MSC城市定位 ............................................. 8 3.2.3 多点测算定位 ............................................. 8 3.2.4 到达角度(AOA)定位 ....................................... 10 3.2.5 基于场强的定位 .......................................... 10 3.2.6 多方式定位 .............................................. 10
第4章 WiFi无线定位技术 .............................................. 11
4.1 什么是WiFi? .................................................. 12 4.2 WiFi与WLAN、无线AP的区别 ................................... 12
4.2.1 WLAN的基本概念 ......................................... 12 4.2.2 WiFi的基本概念 ......................................... 13 4.2.3 无线AP的基本概念 ....................................... 14 4.2.4 无线AP与无线路由器的区别： ............................. 14 4.3 WiFi应用快速增长的现状 ...................................... 15
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4.4 WiFi无线定位的原理 .......................................... 15
4.4.1 每一个无线AP都有一个全球唯一的MAC地址 ................. 16 4.4.2 移动设备开启Wi-Fi获取周围无线AP的MAC地址 ............. 16 4.4.3 位置服务器完成移动设备的定位计算 ........................ 16 4.4.4 定位数据准确性离不开位置数据库的不断更新和补充 .......... 17 4.5 WiFi无线定位应用的广泛性 .................................... 17 第5章辅助卫星定位(A-GPS)技术 ......................................... 18
5.1 A-GPS技术出现的背景 ......................................... 18 5.2 A-GPS定位原理 ............................................... 18 5.3 A-GPS的MSB和MSA两种定位方式 ............................... 19 5.4 A-GPS定位的特点 ............................................. 20 第6章GPS-One混合型定位技术 .......................................... 20 第7章移动定位技术的比较 .............................................. 22
7.1 混合定位A-GPS和GPS-One的比较 ............................... 22 7.2 几类定位技术的性能对照表 ..................................... 22 7.3 定位精度比较的实例 ........................................... 22 第8章定位参数获取、移动站识别及其它 .................................. 24
8.1 移动站的识别 ................................................. 24
8.1.1 IMEI或MEID码 .......................................... 24 8.1.2 IMSI码 ................................................. 26 8.1.3 MAC地址 ................................................ 27 8.1.4 MAC、IMSI、IMEI码在手机定位中的作用 .................... 30 8.2 地理位置数据的收集方法 ....................................... 31
8.2.1 基站信号塔数据 .......................................... 31 8.2.2 WiFi热点数据 ........................................... 32 8.2.3 IP地址位置数据 ......................................... 33 8.2.4 用户报告的位置数据 ...................................... 34 8.3 手机中的定位操作痕迹 .......................................... 34 参考文献 .............................................................. 36
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引言：
地理定位，不多年以前还是一个比较专业性的词汇。然而，在智能手机和移动互联网应用广泛普及的今天，人们对它已不再陌生了。我们日常生活中经常使用手机查天气预报、查快递、寻路导航，查找周围的朋友和附近的美食、商场、各种服务设施等等，甚至手机拍照时都要在照片中记录拍照地点，这些都涉及到地理定位技术的应用。
那么，手机定位是怎么实现的呢？很多人即便是经常都在使用这项功能，恐怕对于这一点还是不知其所以然。本文比较系统地介绍了手机定位的几种方式和基本原理，用一些图表和应用实例诠释了有关的技术概念。中间穿插了一些对于平时生活中有关手机定位方面谜团的解读，如为什么会总是收到与自己常去的地方有关的短信推送？为什么自己的购物和消费习惯被商家所知并经常收到骚扰电话？读了本文之后，你或许会对手机定位的知识有了大概的了解，或者能够解开心中的某些疑惑，这也正是本文的目的。
第1章 手机定位的基本概念
手机定位是指通过特定的技术来获取手机或移动终端用户的位置信息(经纬度坐标)，在电子地图上标出被定位对象位置的技术或服务。手机定位技术是在全球定位系统(GPS)技术的基础上发展而来的，智能手机内嵌入了GPS芯片模块来接收和处理卫星发送的定位参数，经过复杂的计算后确定自己的地理位置(经纬度)。由于智能手机又是移动互联网终端设备，与以前单一性能的GPS定位终端相比具有了更多利用互联网技术进行多种方式定位的优势。目前用于手机定位的技术主要有：GPS卫星定位技术，LBS基站定位技术，以及最近几年随智能手机和移动互联网技术快速发展而兴起的WiFi无线定位技术、A-GPS辅助卫星定位技术和GPS-One混合定位技术。
第2章卫星定位(GPS)技术
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。到1994年，由全球覆盖率高达98%的24颗卫星构成的GPS卫星系统己布设完成。
2.1GPS定位原理
GPS定位，实际上就是通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收器的位置。在下面的图中，GPS接收器为当前要确定位置的手机，卫星1、2、3、4为本次定位要用到的四颗
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卫星，它们的当前位置(空间坐标)已知。实际上，太空中的每一颗GPS卫星都在时刻不停地通过卫星信号向全世界广播自己的当前位置坐标信息，同时也会附加上该数据包发出时的时间戳。GPS接收器收到数据包后，用当前时间(这里，手机的时间与GPS同步非常重要)减去时间戳上的时间，就是数据包在空中传输所用的时间。传输时间乘上卫星无线电波的传送速度(理想为光速)，就是数据包在空中传输的距离，也就是该卫星到GPS接收器的距离了。四颗卫星的距离分别为d1、d2、d3、d4。
GPS卫星系统四星定位示意图
根据立体几何知识，三维空间中，三对[位置,距离]这样的数据就可以确定一个点了。为什么这里需要四对呢？理想情况下，的确只需要三颗卫星就可以实现GPS定位了。但是事实上，由于电波速度也会受到空中电离层的影响，因此会有误差；再有，GPS卫星广播的自己位置也可能会有误差，还有其它一些因素也会影响数据的精确度。因此，在GPS接收器定位运算函数中多用了一组数据，正是用来消除或减小误差，保证定位有效。这也就是GPS为什么必须有四颗卫星才能定位的原因。
GPS接收器或智能手机的GPS芯片对收到的四颗卫星播放的定位数据进行计算，确定自己的位置坐标，并将定位数据从空间坐标形式转换成经纬度坐标形式。如果手机在进行实时地图导航的话，由于位置是在不断移动的，就需要不间断地接收GPS卫星的空间坐标和时间戳数据，并且根据这些数据不断地计算出自己的位置并标识在电子地图中。这个过程要消耗大量CPU和内存资源，对手机电源的消耗也是非常大的，往往导致手机发热，几个小时就没电了。我想这种经历对许多人来说都不陌生。
2.2GPS系统的构成
GPS系统=空间部分+控制部分+用户部分
2.2.1空间部分
组成：24颗卫星=21颗工作卫星+3颗备用卫星，24颗卫星运行在6个轨道平面上，
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运行周期为12个小时。保证地球上任一时刻、高度角15度以上的任一地点都能够观测到4颗以上的卫星。
主要作用：发送用于导航定位的卫星信号。
导航信息被调制在L1载波上，其信号频率为50Hz，包含有GPS卫星的轨道参数、卫星时钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为广播星历。
2.2.2控制部分
组成：GPS控制部分=主控站(1个)+监测站(5个)+注入站(3个)
作用：监测和控制卫星运行，编算卫星星历(导航电文)，保持系统时间。
2.2.3用户部分
组成：GPS接收器及相关设备，GPS接收器主要由GPS芯片构成。
车载、船载GPS导航仪，GPS测绘设备，内置GPS功能的手机等移动设备，都属于GPS用户设备。
作用：接收、跟踪、变换和测量GPS信号，是GPS系统的消费者。
GPS系统的构成美国政府的GPS策略
2.3美国政府的GPS策略
两种GPS服务：
SPS--标准定位服务(Standard Positioning Service)，主要面向全世界的民用用户，第一代的精度约为100M，目前一般为15米以内；
PPS--精密定位服务(Precision Positioning Service)，主要面向美国及其盟国的
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