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GPS定位实现原理解析
什么是GPS定位/h4>
我们手机上的GPS定位，是卫星定位的一种约定俗成的说法，严格来说应该叫做GNSS（GlobalNavigation Satellite System）定位。因为GPS确实只是GNSS的一种，是美国部署的一套全球卫星系统。这套系统给个简单的描述，就是
- 天上有24颗卫星在不断的绕地球运动（下图左），
- 每颗卫星不断发送“我是谁，我在哪里”的信
- GPS定位实际误差小，GPS认为自己误差小：天空无遮挡，卫星分布均匀，每颗卫星信噪比都很好，GPS选择了形状最饱满、信噪比最高的几颗卫星加以定位，因此其对定位误差很有信心。
- GPS定位实际误差小，GPS认为自己误差大：典型的是在较高的公共汽车和火车车厢里，这种情形信 强度很弱，但各颗卫星同等减弱，所以实际定位效果还可以，GPS却认为这个信噪比不靠谱，对此无信心，因此给出很大的误差半径。
- GPS定位实际误差大，GPS认为自己误差小：这是个严重误判，主要出现在高楼区域（最典型的如CBD），这些区域其实信 遮挡并不明显，卫星数并不少，有时候还会非常多，但某些卫星通过光滑表面（玻璃高楼）反射到接收机，GPS接收机被欺骗，误以为这个卫星发射过来的信 是“单一直射”过来的，从而采纳了这颗卫星的传播时间用来定位，当多颗卫星存在这种情形，而且总卫星数非常多时，卫星分布也非常饱满，则GPS接收机就会乐观过度，悲剧就此发生。
- GPS定位实际误差大，GPS认为自己误差大：主要出现在明确遮挡的区域（最典型的如高架下），某些的信 强度变得很差，从而接收机便不太信任这颗卫星。但身不由己，能用的卫星数太少，GPS接收机不得不用它来定位，所以卫星降低了对位置准确程度的预期，给出一个很大的半径。
关于GPS搜星的速度讨论
刚才说到GPS定位慢，这个确实不假。接下来我们细致的讨论下，为什么慢，以及在手机里是如何解决这个问题的。
搜星时间长，主要是两个因素构成的：第一是GPS信 的解调，可以认为需要用类似穷举的方式解出来真正的信息；第二是GPS卫星发送30秒一次的循环电文，这个循环电文已经包含了这段时间每一瞬间的卫星位置，一般总得一个循环完成后，才能收集到足够可以推算设备位置的信息。对于冷启动来说，后者是免不了的，前者则取决于接收机软硬件的优劣，这就是所谓GPS在没有任何知识的情况下启动至少要持续30秒的原因。
但实际上，有时候打开地图软件，都是看到瞬间定位，而有时候则可能几分钟乃至几十分钟都无法定位成功，这又是为什么/p>
你看到地图app定位成功，不一定都是GPS定位
首先，wifi定位已经可以做到很不错的精度，甚至在室内可以做到5M，这个精度已经不比GPS差了，在室外，wifi定位也可以做到20M量级，也就是比GPS稍稍差一些，在高楼林立的区域，wifi定位的精度会比GPS更好。
其次，在新版Android和市面上可见的IOS系统上，刻意屏蔽了“GPS是否定位成功”这么一个信息，表现为一旦使用定位，位置图标即展现，并且不闪烁（老Android系统，会有闪烁来表达GPS没有定位成功），以至于用户无法知道到底这个定位结果是谁产生的。
我们之前的讨论说起过，wifi定位，是可以瞬间完成的，所以这一切产生了“GPS”定位很快的错觉。
卫星分布状态不一定允许快速定位
GPS能知道自己算错了吗/h4>
如果你是个开发者，就会知道，各种手机系统几乎都提供对GPS定位获取误差的API接口，那么GPS能知道自己算错了吗又是如何计算其误差的呢br> 答案很复杂，一句话没法把这个问题说清楚，得分四种场景：
如何改善高楼区域的GPS定位精度/h4>
笔者先给出结论，纯粹靠端，并且把接收机当成黑盒，是无法做到的。
近年，学术界研究这玩意的Paper并不少，大致思路是两类：
第一个思路，真是在端上做，但不把接收机当成黑盒，而深入修改定位逻辑，显然开发者是做不了这个事情的。最多也只是极少数对驱动精通的人能做，app开发者是做不了的——试问Android和IOS开放了GPS接收机内部解算逻辑了吗有。其实这和radio内部是黑盒一样的，你见过哪个开发者声称能改善手机拍照性能、改善音频播放音质、改善信 质量吗S根本没把基本功能的实现逻辑开放出来，怎么改善能改善的都是耍流氓。
第二个思路，有可能能在手机上做，但paper一般基于楼的轮廓建立反射模型，举个例子，附近不是有个楼吗个楼多高，楼的地面轮廓是什么，我们都知道了，然后就根据卫星的细节情况（如方位、仰角、信噪比、是否参与定位）来猜测某些卫星发射到手机的信 ，是不是会受到干扰，如果两者连线穿过了楼，那么我们就有理由认为，这个卫星信 的传播距离可能比实际的要长，从而我们就把定位结果朝这个卫星的位置做一些修正。
就第二个思路，要想做好也是很困难的，因为这个思路从原理上说，有很多想当然的前提。比如，当时用户真实的位置并不知道，所以判断是否有反射也就无从谈起，只能将其作为隐变量来迭代求解。其他的坑也很多，如楼的数据从哪里搞来要说可以去人肉采集的，那我想先问一个问题，先不说楼高度如何测量，你在人肉测绘楼轮廓的时候，是不是也用GPS了你是如何保证当时楼轮廓的测量结果是准确的呢br> 不过，判断GPS是否真正的飘，这个比确定设备在GPS漂移时的真正位置，还是要容易一些的。首先GPS本身就给个半径出来，这个半径虽然不准，但也可以作为参考。其次GPS还有大量的卫星分布细节信息，是足以结合云端的统计结果来判断是否漂移的。只要能识别出GPS定位的真正误差，其意义就已经很大了，如在导航中，就会避免误偏航，在定位中，就可以用WIFI定位结果来替代GPS，做到真正的双向融合。不过，这个工作对开发者的模式识别功底，还是挺考验的。
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