一、全球定位系統(tǒng)(GPS)
全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，簡稱：GPS)，是美國國防部研制和維護的中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以為地球表面絕大部分地區(qū)(98%)提供準確的定位、測速和高精度的時間標準。全球定位系統(tǒng)可滿足位于全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續(xù)精確的確定三維位置、三維運動和時間的需要。該系統(tǒng)包括太空中的24顆GPS衛(wèi)星;地面上1個主控站、3個數(shù)據(jù)注入站和5個監(jiān)測站及作為用戶端的GPS接收機。最少只需其中3顆衛(wèi)星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度;所能收聯(lián)接到的衛(wèi)星數(shù)越多，解碼出來的位置就越精確。
GPS信號分為民用的標準定位服務(wù)(SPS，Standard Positioning Service)和軍規(guī)的精確定位服務(wù)(PPS，Precise Positioning Service)兩類，定位精度為10米。
GPS衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，其中21顆為工作衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面上，即每個軌道面上有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道面相對于地球赤道面的軌道傾角為55°，各軌道平面的升交點的赤經(jīng)相差60° ，一個軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星升交角距超前30°。這種布局可保證在全球任何地點、任何時刻至少可以觀測到4顆衛(wèi)星。
GPS接收器要確定當(dāng)前設(shè)備的位置，需要四顆GPS衛(wèi)星協(xié)助定位，所需要的信息包括：
1、四顆衛(wèi)星的空間位置坐標：根據(jù)星載時鐘(原子時鐘)所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出，每顆GPS衛(wèi)星都實時向全球廣播自己的空間位置信息。
2、四顆衛(wèi)星到GPS接收器的距離：通過紀錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間(GPS接收器的時間戳-GPS衛(wèi)星發(fā)出信號時的時間戳)，再將其乘以無線電波的速度(即光速)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)星之間的真實距離，而是偽距(PR))。
由于無線電波速度也會受到空中電離層的影響，GPS衛(wèi)星廣播的自己的位置也可能會有誤差，GPS接收器使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外，還要引進一顆衛(wèi)星與GPS接收器之間的時間差作為計算參數(shù)，以校正誤差。所以如果想知道GPS接收器所處的位置，至少要能接收到4顆衛(wèi)星的信號。
二、輔助全球定位系統(tǒng)(AGPS)
由于在城市中，GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號會受到包括電離層、建筑物、植被的削弱及多徑效應(yīng)的干擾，導(dǎo)致GPS接收器接收到的GPS信號非常弱。一些GPS接收器在貧弱的GPS信號下無法實現(xiàn)定位，只有在持續(xù)一定時間地接受清晰的GPS信號時才能進行定位，且定位時長可達12.5分鐘，故需要利用手機基站信號，配合GPS信號進行定位，從而讓定位速度更快。
在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，AGPS系統(tǒng)通過手機定位服務(wù)器作為輔助服務(wù)器來協(xié)助GPS接收器(通常是手機)完成測距和定位服務(wù)，輔助定位服務(wù)器有比GPS接收器強大得多的GPS信號接收環(huán)境和能力，在這種情況下，輔助定位服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)與手機的GPS接收器通信而提供定位協(xié)助。
三、GSM蜂窩基站定位
GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是由360px-Base_station_mexico-city一系列的蜂窩基站構(gòu)成的，這些蜂窩基站把整個通信區(qū)域劃分成一個個蜂窩小區(qū)，這些小區(qū)小則幾十米，大則幾千米。GSM定位，就是借助這些蜂窩基站進行定位。
GSM蜂窩基站定位技術(shù)包括以下幾種：
1、COO(Cell of Origin)定位
COO定位是一種單基站定位，即根據(jù)設(shè)備當(dāng)前連接的蜂窩基站的位置來確定設(shè)備的位置，之所以可以通過單基站定位，是因為可以獲取確定的基站地理位置信息，終端通過獲取當(dāng)前設(shè)備接入的基站位置信息和當(dāng)前基站周圍完整的GIS(地理信息系統(tǒng))，就可以實現(xiàn)移動終端的定位。運營商在建立基站時對每一個基站都有確切的位置記錄，因此，用戶在需要定位時首先發(fā)出定位申請，運營商根據(jù)用戶所處基站提取用戶位置信息反饋給用戶，從而實現(xiàn)移動終端定位。
COO定位的精度就取決于蜂窩小區(qū)的半徑。在基站密集的城市中心地區(qū)，通常會采用多層小區(qū)，小區(qū)劃分的很小，這時定位精度可以達到50M以內(nèi);而在其他地區(qū)，可能基站分布相對分散，小區(qū)半徑較大，可能達到幾千米，也就意味著定位精度只能粗略到幾千米。
2、七號信令定位
該技術(shù)以信令監(jiān)測為基礎(chǔ)，能夠?qū)σ苿油ㄐ啪W(wǎng)中特定的信令過程，如漫游、切換以及與電路相關(guān)的信令過程進行過濾和分析，并將監(jiān)測結(jié)果提供給業(yè)務(wù)中心，以實現(xiàn)對特定用戶的個性化服務(wù)。該項技術(shù)通過對信令進行實時監(jiān)測，可定位到一個小區(qū)，也可定位到地區(qū)。故適用對定位精確度要求不高的業(yè)務(wù)，如漫游用戶問候服務(wù)，遠程設(shè)計服務(wù)、平安報信和貨物跟蹤等。目前，國內(nèi)各省和地區(qū)移動公司的短信歡迎系統(tǒng)采用的就是此種技術(shù)。
3、TOA/TDOA定位
TOA(Time of Arrival，到達時間)、TDOA(Time Difference of Arrival,到達時間差)都是基于電波傳播時間的定位方法。同時也都是三基站定位方法，二者的定位都需要同時有三個位置已知的基站合作才能進行。
TOA原理是用基站傳輸?shù)接脩粼O(shè)備的時間與電磁波速度乘積獲得兩兩之間的距離，然后建立三元一次方程組獲得用戶設(shè)備所在位置。由于距離的計算完全依賴于時間，因此TOA算法對系統(tǒng)的時間同步要求很高，任何很小的時間誤差都會被放大很多倍，同時由于多徑效應(yīng)的影響又會帶來很大的誤差，因而單純的TOA在實際中應(yīng)用很少。
TDOA的原理是將基站傳輸?shù)接脩粼O(shè)備的時間做兩兩求差，再根據(jù)一定的數(shù)學(xué)方法獲得用戶設(shè)備的位置信息。TDOA的求差過程會抵消其中很大一部分的時間誤差和多徑效應(yīng)帶來的誤差，因而可以大大提高定位的精確度。
4、AOA定位
AOA(Angle of Arrival，到達角度)定位是一種兩基站定位方法，基于信號的入射角度進行定位。
AOA定位通過兩直線相交確定位置，不可能有多個交點，避免了定位的模糊性。但是為了測量電磁波的入射角度，接收機必須配備方向性強的天線陣列。
5、基于場強的定位
該方法是通過測出接收到的信號場強和已知的信道衰落模型及發(fā)射信號的場強值估計收發(fā)信短的距離，根據(jù)多個三個距離值就可以得到設(shè)備的位置。從數(shù)學(xué)模型上看，和TOA算法類似，只是獲取距離的方式不同。場強原理雖然簡單，但是由于多徑效應(yīng)的影響，定位精度較差。
6、混合定位
根據(jù)以上幾種定位方式混合使用的定位方法，比如上文提到的AGPS。
四、WIFI定位
WIFI定位依靠檢測WIFI接入點(WiFi Access Point)的MAC Address (類似10-78-D2-93-58-C2這樣的格式)，去比對資料庫中該MAC Address的座標，交叉連集出所在地。此法尚須有網(wǎng)路連線做資料庫查詢才能完成定位。
WIFI定位主要用于GPS定位條件不滿足的情況，比如多徑效應(yīng)信號干擾環(huán)境以及信號被阻隔的室內(nèi)環(huán)境，類似的系統(tǒng)比如室內(nèi)定位系統(tǒng)，該方法的應(yīng)用得益于近十多年城市公共WIF熱點的快速增長，使用WIFI定位服務(wù)的商業(yè)公司包括Google、Navizon、AlterGeo和Skyhook。
以Google為例，其建立WIFI接入點資料庫的方式靠的是Google街景車，Google街景車除了拍下街景以外，另外還做了兩件事情：
1、沿路搜集所有公開的無線網(wǎng)路MAC Address，與當(dāng)時的經(jīng)緯度一并記錄。
2、根據(jù)拍下的街景來建立建筑物3D模型資料。
Google的WIFI信息資料庫會面臨過期與需要更新的問題，更新的方法是使用定位設(shè)備和Google程序的用戶在WiFi與手機基地臺定位或GPS定位同時開啟時，手持裝置藉由手機基地臺定位或GPS定位這兩種方式可以獲得目前的座標，再透過WiFi搜尋到附近所有的MAC Address，背后向Google的資料庫做更新。
用WIFI接入點定位是基于檢測接收到的WIFI信號的強度(received signal strength，簡稱RSS)，即三角(點)定位法和指紋識別方法，定位的精度則受到WIFI接入點數(shù)據(jù)庫中的接入點數(shù)量的影響。
1、三角定位法
基于三角定位算法的WiFi定位可分成兩個階段：測距與定位。
?、贉y距階段：待測點首先接收來自三個不同已知位置WIFI接入點的RSS，然后依照無線信號的傳輸損耗模型將其轉(zhuǎn)換成待測目標到相應(yīng)WIFI接入點的距離。無線信號在傳輸過程中通常會受路徑損耗、陰影衰落等的影響，接收信號功率隨距離的變化關(guān)系可由信號傳輸損耗模型給出。
?、诙ㄎ浑A段：通過三角形算法計算待測點位置，即分別以已知位置的三個WIFI接入點為圓心，以其各自到待測點的距離為半徑為范圍，所得三個圓形范圍的交點即為待測點位置。
由此可見，基于三角定位法很大程度上依賴于確知的WIFI接入點位置信息及準確的信號傳輸損耗模型。
2、指紋識別定位法
與通常意義上的指紋識別類似，位置指紋識別依靠表征目標特征的數(shù)據(jù)庫進行識別，其定位過程主要分為訓(xùn)練與定位兩個階段。
①訓(xùn)練階段：其目標在于建立一個位置指紋識別數(shù)據(jù)庫。首先，選擇合理的參考點分布，確保能為定位階段的準確位置估計提供足夠的信息。接著依次在各個參考點上測量來自不同AP的RSS值，將相應(yīng)的MAC地址與參考點的位置信息記錄在數(shù)據(jù)庫中，直至遍歷關(guān)注區(qū)域內(nèi)所有的參考點。由于受環(huán)境影響，無線信號強度并不穩(wěn)定，為了克服RSS不穩(wěn)定對定位的影響，通常在每個參考點上多次測量取平均。
?、诙ㄎ浑A段：給定數(shù)據(jù)庫后，依據(jù)一定的匹配算法將待測點上接收的AP RSS與數(shù)據(jù)庫中的已有數(shù)據(jù)進行比較，計算位置估計值。常用的匹配算法有最近鄰法(NN)、KNN、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。
相比三角測量基于信號傳輸模型來估算無線終端與WIFI接入點間的相對距離，指紋識別具有更高的準確度，因為它使用的是真實采集的信號信息而不是根據(jù)經(jīng)驗公式來推算。但該法同樣存在很大的問題：首先，指紋識別數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建需要耗費大量的人力物力，數(shù)據(jù)庫完備程度會影響到定位的精度。其次，WLAN無線信號時變特性導(dǎo)致預(yù)先采集的數(shù)據(jù)在某種意義上只具有“瞬時”有效性，而且所部署環(huán)境的變化都會導(dǎo)致RSS或大或小的變化，使得需要重構(gòu)指紋識別數(shù)據(jù)庫。
查水表的定位術(shù)
有關(guān)部門定位嫌疑人的方式并不是通過日志來查詢、鎖定，而是通過網(wǎng)絡(luò)運營商提供的數(shù)據(jù)來查找。網(wǎng)絡(luò)運營商會提供某可疑IP上網(wǎng)時間以及該IP分配電話、寬帶注冊地址等等信息供相關(guān)部門鎖定嫌疑人真實信息。如果嫌疑人有預(yù)留電話號碼，無論該電話號碼是否是實名注冊，通過移動手機設(shè)備自身的一個串碼即可以查詢嫌疑人的手機用過幾張SIM卡以及每個卡的號碼是多少，當(dāng)確定某個電話號碼開通，便會利用無線電天線來偵查嫌疑人位置，調(diào)查人員還可以監(jiān)聽手機短信。當(dāng)我們的手機接通后基站會給我們建立一個通訊頻率，該頻率運營商是確切掌握的，手機會通過本振頻率來放大無線電波，放大無線電波的目的是為了準確的搭建起來語音通話頻。運營商的無線電波屬于短波F/0，穿透力比較弱，周期比較短。當(dāng)確定嫌疑人手機號碼后運營商會提供一個網(wǎng)絡(luò)波段的密碼。調(diào)查人員通過設(shè)備連接到該頻率即可收聽到語音通話內(nèi)容。
語音監(jiān)聽的步驟大致為，A手機號碼給B手機號碼打電話的時候，手機發(fā)送頻率會上升，當(dāng)手機頻率上升后會發(fā)送給基站一個信號，這個信號里面包括手機串號和手機卡串號進行一個身份認證和扣費計時，我們每次打電話的時候都要等待1-5秒的時間才會有嘟嘟的聲音的過程就是信號的發(fā)送過程。當(dāng)B手機接通以后手機頻率會降低，降低就是為了減少無線電波的干擾和噪音，也就是跳頻技術(shù)。當(dāng)降到1200-900MHZ在這個范圍里本振頻率開始工作，每個手機都有這個功能，這個本振頻率有一個振動器是感覺不到的，它的作用就是將手機信號放大，當(dāng)調(diào)查人員進入被監(jiān)聽者手機頻率的時候，被監(jiān)聽者會聽到電話里有滋滋的電波聲音，或者亞音破音。這說明目標已被鎖定，可以通過語音取證了。運營商提供給公眾的語音服務(wù)就是點對點的一個加密模式，運營商提供給有關(guān)部門通話頻率密碼的條件下，被監(jiān)聽者的通話則易如反掌。如果提供的是基站的通信密碼則可以對該基站范圍的語音進行監(jiān)聽。
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