中国计量学院本科毕业设计(论文)
2 技术背景
2.1 Android系统概述
Android（中文俗称安卓）是一个以Linux为基础的半开源操作系统，由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成 [8]，主要用于移动设备，由Google成立的Open Handset Alliance（OHA，开放手持设备联盟）持续领导与开发中。
Android系统的创始人是安迪·鲁宾（Andy Rubin），其开发目的是一款用在手机上的OS，在2005年8月被美国互联网企业Google收购。2007年11月5日，Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信营运商成立了开放手持设备联盟来共同研发改良Android系统，接下来，Google通过Apache免费开源许可证的授权方式，公布了Android源代码。允许生产商生产运行Android系统的智能手机，Android系统此后又被运用到了平板电脑和其他终端上。
Android系统体系架构可分为四层，从高到低分别是应用层、应用框架层、系统运行库层和Linux内核层 [9][10]。如图2.1
图 2.1 Android系统架构图
一个Android应用程序由以下四个组件构成：
（1）Activity：Activity是用户和应用程序交互的窗口，一个Activity是一个应用程序组件，提供一个屏幕，用户可以用来交互为了完成某项任务，例如拨号、拍
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照、发送email、看地图。每一个activity被给予一个窗口，在上面可以绘制用户接口。
（2）Service：Service是一段在后台可以运行很长时间的代码，它的作用相当于后台的一个系统级应用。除了可以在自己的进程中运行，还可以根据需求在其他程序中运行。
（3）Broadcast Receiver：Broadcast是一种广泛运用的在应用程序之间传输信息的机制。而Broadcast Receiver是对发送出来的 Broadcast进行过滤接受并响应的一类组件。
（4）Content Provider：Content Provider即内容提供者，可通过它来共享自己的数据给外部调用，给第三方应用提供数据访问的接口。Content Provider 的作用相当于一个内容提供商，其他程序需要数据时就向它索要。Content Provider负责组织应用程序的数据和向其他应用程序提供数据 [11][12]。
这四大组件通过intent来相互传递消息，比如Activity间的相互跳转，发送广播的内容也是由intent携带的 [13]。示意图如图2.2：
图 2.1 Android四大组件
2.2 手机定位技术概述
手机定位技术主要指利用定位技术获取手机终端所处位置信息（通常指的就是经纬度坐标）。从定位的类型来分，可以分为以下几种定位方式。 2.2.1 基于硬件设备的定位方式
卫星定位是指通过卫星系统来获取未知定位点的位置信息，当前比较成熟的卫星定位系统有全球定位系统（Global Positioning System 来自美国）、伽利略定
位系统（Galileo Positioning System 来自欧盟）、格洛纳斯（GLONASS来自俄罗
斯）和北斗卫星导航系统（Compass 由中国自主研制）等 [14]。拿GPS定位来举例，GPS定位是通过手机终端的GPS模块接收GPS数据进行定位 [15]。其余各种卫星定位原理与GPS定位原理相似。 2.2.2 基于移动网络的定位方式 （1）蜂窝小区定位
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蜂窝小区技术(Cell of Origin, COO)，即Cell-ID（蜂窝编号）定位技术，起源于美国E-911,它是无线定位技术发展的第一阶段，也是这个业务平台采取的第一个定位方式。一个基站收发台（BTS）包含一组蜂窝，蜂窝小区示意图如图2.3。每个蜂窝都有自己唯一的编号，就是Cell-ID（比如图中的C1、C2、C3）。一个移动站先后选择一个蜂窝，数据传输和信令传递由基站收发台来完成。
蜂窝被分成簇，每个簇有一个位置识别码（LAI）。为了避免过多的信令业务，只要移动台处于空闲模式，网络就得到了当前位置识别码。只有在移动台切换到专用模式下，即通道被用于实际呼叫时，网络才会得到Cell-ID。与此相反的是移动台一直都能获得Cell-ID [16]。这种技术确定用户位置的方法是通过收集移动台所处的服务小区Cell-ID信息来定位。Cell-ID 即 GCI 是全球小区识别码，每个基站有一个唯一的小区识别码。GCI由位置区识别码（LAI）和小区识别码（CI）构成，即：CI = LAI + CI = MCC + LAC + CI [2]。基于Cell-ID（蜂窝编号）的定位技术，根据小区基站的覆盖范围（半径），来确认手机的大致位置，所以，定位该方式的定位精度与小区基站的分布密度密切相关。市区精度范围大致在150米左右，郊区精度范围大致在1000米~2000米左右 [17]。蜂窝小区示意图如图2.3
图 2.2 蜂窝小区示意图
（2）信号到达角度定位
信号到达角度(AOA)定位技术:信号到达角度定位方法(AOA)是通过采集基站上天线接收的信号入射角度进行定位。采用这种方法进行定位，需要采集至少AOA的值，将方位角延长，其相交的地方就是需要定位的位置 [14]。这是最常见的使用阵列天线元件定位方式。 （3）基于到达时间定位
基于到达时间的定位技术：这种定位技术是测量电磁波从移动单元到基站的时间或时间差来计算未知定位点坐标的方法。TOA方法可以测量的传播时间，计算移动站和基站之间的距离。两维坐标系，如果所收集的是三个基站信息，把基站当做三个圆的中心，以所计算的距离为每个移动站的圆半径，相交的位置为所需
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的位置。TDOA方法中，则是以双曲线的方式求解。这一算法的最大优点是采用时间差减弱了时间同步的影响。但是双曲线方程组的求解过程很麻烦，我们需要采集至少三个的基站信息来使定位结果更加精确。 [14] （4）增强观测时间差分定位
增强观测时间差分（Enhanced Observed Time Different, E-OTD）是从测量时间差（Observed Time Different）发展而来的，OTD 是测量所需的时间量，E-OTD 是测量的方式。手机无需附加任何硬件便可得到测量结果。对于同步网，手机要测量多个基站信号的相对到达时间；对于非同步网，要一个位置确定的负载和测量单元来接收信号。得到了手机和基站之间的信号传输时间，可以以此算出手机和基站之间的实际距离，最后用得到的距离用公式计算，得到手机的确切位置。
[2]
Wi-Fi（wireless fidelity）其本身不具备定位能力。手机通过连接Wi-Fi网络，
（5）Wi-Fi定位
此时可以获得连接的无线热点的MAC地址，通过网络查询相关数据商提供的数据，可以获得与此MAC地址相对应的经纬度，从而确定手机所处的位置。 2.2.3 联合定位方式 （1）A-GPS定位
A-GPS（Assisted GPS）是一种比较流行的，通过增强GPS性能来定位的一种定位技术，尤其在有移动电话网络覆盖的地方增强效果更为明显。一个A-GPS系统包括天线、RF单元和数据处理器等设备。在A-GPS系统中，蜂窝电话网络可以提供有用的信息来辅助GPS接收器更快地计算出精确的位置。在计算设备位置时，A-GPS会使用来自多个源的信息。
A-GPS通过减少信号搜索的空间来减少获取信号的时间。这些方法之一是将从基站转播得到的星历数据直接给手机，代替让手机从速度很慢的卫星链路直接下载星历数据。此外，实际上这个星历数据可以提前几个小时进行预测，不必使基站等待来自卫星的转播数据。接收器利用卫星位置信息，不会受到大气干扰，也不会当试图第一次修正GPS信号搜索频率时受到多普勒效应干扰。所以只要检查少数的频率偏移和其可能的代码延迟。GPS的定位准确性在一系列设备上已经积累了一定有据可查的资料，而A-GPS没有同等的资料。在一般情况下，A-GPS和GPS一样一些常规方面因素将会影响其精确性，比如卫星的几何形状，接收机噪声等。
2.3 定位技术分析比较
2.3.1 卫星定位
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（1）优点：定位精度高；无需移动网络支持，适用范围广泛。
（2）缺点：定位速度慢、终端耗电；对卫星依赖强（至少捕捉到三颗卫星才行）；盲区多，特别是室内 2.3.2 蜂窝小区定位
（1）优点：兼容性广；成本投资小，在GSM网络基础上，不用增加很多其他设备。具有较高的性价比；支持漫游，各种接口标准统一 [2]
（2）缺点：定位精度受小区半径的影响较大，城市地区由于小区半径相对来说小，所以精度高，但是适用在偏远地区时，发现定位误差很大，不能满足高要求的定位需要 [14]。 2.3.3 信号到达角度定位
（1）优点：100％兼容现有手机；基站无需作大量修改，不需要增加大量设备 （2）缺点：受多径效应干扰较大；当手机与基站距离较近时误差很大； 2.3.4 基于到达时间定位
（1）优点：兼容性广；支持漫游，各种接口标准统一；定位精度可采用单独优化方式。采用提高负载和测量单元性能，以提升定位精度。
（2）缺点：投资成本高。在GSM网络基础上要建大量负载和测量单元。同时要实现同步还需改造GSM网络；业务量大时，网络负担增加。用户有较多定位使用要求的时候，手机终端需经常性执行相关命令，同时将占用大量GSM网的信令资源 [2]。
2.3.5 增强观测时间差分定位
（1）优点：需要负载和测量单元数量很少，减少了网络相关设备投资；手机终端用户不用额外支付费用。适用性广，手机终端不用增加硬件模块，只要进行更新软件即可。
（2）缺点：部分手机不支持E-OTD 定位方法，软件必须进行更新；精度低。距离因素和环路往返时延会影响定位。同时，定位精度还会受多径效影响。[2] 2.3.6 Wi-Fi定位
（1）优点：定位快速；支持室内定位，符合城市的应用环境；
（2）缺点：由于工作在2.4GHz的公共频段上，信号传播过程中收到其他使用该频段设备干扰；国内各大城市Wi-Fi热点数量层次不齐。 2.3.7 A-GPS定位
（1）优点：基站设备改动少。不用在GSM 的基站设施基础上增加其它设备，不用建立LMU。设备投资少，运营商易于接受；定位精度高。因为借助 GPS 系
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