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您是否曾经在使用手机的导航系统寻找地址或地标时，却发现您要找的位置是在手机所显示的街道对面？ 其实当我们了解手机的定位功能是如何运作时，就不会对此感到惊讶了。
定位是如何运作（为什么有时运作不了）
无论是智能手机、汽车还是其他设备中的全球导航卫星系统（GNSS）接收器，都是通过来自于有效的全球导航卫星系统及区域卫星系统中至少四颗卫星的信号来计算它们的位置。[1]
接收器以卫星发送的播放时间与信号的接收时间之间的时间差来计算从卫星到接收器的距离或范围。当GNSS 设备从许多颗卫星中接收到信号时，GNSS 设备就会知道每颗卫星的位置，以及与它们的距离。GNSS 接收到的卫星信号越多，定位就会越精确。
GNSS全球导航卫星系统包括全球定位系统（GPS）、伽利略定位系统 （Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou）以及俄罗斯的全球导航卫星系统 （GLONASS）。其中GPS、伽利略与北斗的每颗卫星都通过不同的频段（最多三个）传输其信号。这意味着仅支持 GPS 和 GLONASS单一频段的旧接收器不如支持四个卫星系统和双波段系统的新设备来得准确。
由于 GNSS 卫星在地球上方 24,000 公里（14913 英里）的轨道上运行，因此到达地面的信号太弱而无法穿过屋顶、茂密的树林或隧道。此外，信号穿过电离层和对流层也会影响其传播的时间。
在密集的城市中，高层建筑也会遮挡到某些卫星的信号，使得用于计算位置的信号数量减少。除此之外，高层建筑会形成峡谷效应，造成卫星和接收器之间的信号反射与倍增，而这些「回响」会影响到距离的准确度。
智能手机中 GNSS 的质量取决于 GNSS 接收器（芯片组）、定位引擎（软件）、天线质量和硬件集成。除了纯粹的GNSS 定位外，目前的智能手机还使用惯性传感器（像是陀螺仪、加速计和气压计）以及通过网络来定位（依赖手机网络和 Wi-Fi）。 这些不同的技术能够弥补不足的GNSS 卫星信号。
当然，手机并非一开始就内置了导航系统。第一款将GPS 功能和内置地图合并的手机是来自芬兰手机制造商 Benefon 的产品 — Benefon ESC！它于 1999 年问世，主要的销售市场在欧洲，为之后配置GPS 的手机奠定了基础。[2]
2011 年，由高通和中兴通讯为 Mobile TeleSystems 打造的 MTS 945 GLONASS 是世界上第一款兼容GLONASS 的智能手机。 [3]
2018 年上市的小米8是第一款双频 GNSS 智能手机，它搭载Broadcom BCM47755 芯片，可为行动定位服务和车辆导航提供功高达分米级的精确度。[4]
如今，除了最便宜的智能手机外，所有智能手机都配备了某种导航系统。 虽然 DXOMARK 的智能手机测试准则中不包括评测手机GPS 定位的准确性，不过，在我们的电池测试中，GPS 导航是评测的用例之一。因此不久前，DXOMARK与在地理位置定位和精确定位方面都相当专业的法国公司 Geoflex 合作，评测了智能手机地理位置定位的准确性。
测试方法
DXOMARK 收集了多款来自不同品牌和价位的手机，以了解智能手机 GPS 定位性能的整体情况。
为了获得高精度的参考轨迹，DXOMARK使用了Geoflex的测试平台并将其安装在汽车顶部，如下图所示：
测试平台由以下各部分所组成：
- 市面上最准确的多卫星系统（GPS、伽利略、GLONASS、北斗）和三频 GNSS 接收器，能够处理来自欧洲伽利略星座（E6）的最新信号；在这个硬件平台之上，Geoflex 算法可以计算精确的定位点，精准度能达到4 厘米以下。为了与被测试的智能手机所提供的位置进行比较，取得好的参考轨迹是必需的。
- 高质量的 GNSS 天线；
- GNSS结合惯性系统以改进当 GNSS 信号质量欠佳或不存在时的参考轨迹。
我们将测试平台装置在车子的中央，以便能比较所有智能手机在中心轴和横轴同一点的轨迹，我们使用设置中所记录的数据作为对照或参考来比较智能手机的 GPS 性能。我们将智能手机安装在车内右前方的板子上，如下图所示：
接着，我们带着参考系统和智能手机在大巴黎地区展开三个小时的车程。我们的行程包括市区、「城市稠密」的地区（高层建筑靠得很近）、开阔的地区以及像是隧道、森林和地下道等受遮蔽的地区。除了开阔的区域，其它每个区域对GPS 系统来说都是挑战。
我们使用 GNSS Logger 软件提取我们收集的数据，其中包括：
- 每款智能手机生成的 NMEA 格式 [5]
定位解决方案 - 包含卫星数据的 GNSS 观测档案
此外，我们分析每个轨迹以产生：
结果和细节
DXOMARK 着眼于水平面上的定位误差，量测RMS（均方根） 误差，并未考虑高度误差。
上图说明了我们观察到的差异：
- 深绿色部分呈现的是性能非常好的手机，平均误差低于 5 米的水平误差 (RMS)。
- 浅绿色部分呈现的是误差在5 米以上到接近 8米 (RMS) 之间的手机。
- 最后，红色部分呈现的是即便隧道是弯曲的但仍假设着直线位移且持续定位出位置的手机。这些手机在隧道出口处的水平误差达 450 米，与平均值相差20 米以上。
不意外地，比起较为经济实惠的手机，配置的处理器更快速、天线更好、星座系统更多组以及双频段的高端智能手机，能展现出更优异的GPS性能。由于GNSS 和 SNR（信噪比）传播条件非常好，因此，所有智能手机在开阔区域的表现都很不错。不过，在更棘手的环境条件下，尤其是在穿过隧道时，各款手机的性能表现就有显著的差异。下面的图示呈现的是三款智能手机的定位结果与参考定位结果（红线）的比较： 5号手机（表现最好，黄色）、10号手机（表现一般，紫色）与15号手机（在我们测试中表现最不理想的一款，蓝色）。
10号手机在隧道中停止了定位（加速传感器已达准确极限），而15号手机在没有参照轨迹（可能是因为单轴加速度计）的情况下仍持续显现出直行的定位。
相较之下，5号手机具备了3D 陀螺仪传感器与加速计，能够顺沿着隧道的弧度，这与没有 GNSS 接收的轨迹有所不同。事实上，5号手机在城市稠密的地区也显现出最接近参考轨迹的定位结果，因为它的惯性传感器在建筑物之间的定位很准确 。
从这里到哪里？
四星座和双波段导航卫星技术的出现意味着早期的卫星导航系统有了极大的进展；即使在更经济的智能手机上配置更新的 GNSS 接收器（包括那些可以接收三频段信号的接收器），也将更为普遍。但是，随着下一代设备采用更先进的导航技术，同时对更精确定位的需求增长，我们还能期待看到哪些进步？
除了智能手机，我们也预见许多嵌入式电子产品以及像是360° 相机等的设备会广泛的使用 GNSS 技术。我们认为 GNSS 校正服务将协助制造商与最终用户增强卫星信号和惯性传感器数据，使定位精准度能以厘米（而不是以米或更大的距离单位）为单位进行测量。如此的准确性将对人类的活动性以及各式各样的服务（例如，无人机送货）产生极大的影响。
对于智能手机的音频、电池、相机或屏幕体验来说，硬件只是其中的一部分，软件才是最核心的部分。我们可以看到具备着相同硬件的手机却没有展现出相同的精准度，这都与软件调试有关。
最新的处理器也有望能提高准确度。骁龙8 gen 2具有车道级精准度，能将位置精确定位到 +/- 1.5 米以内，这也是我们很想测试的设备。
DXOMARK 期待下一代的定位技术能带我们走得更远！
[1] 全球导航卫星系统：GPS（全球定位系统，由美国研发）； 北斗（由中国研发）； 伽利略 （由欧盟研发）； GLONASS（由俄罗斯研发）。 区域卫星系统：QZSS（准天顶卫星系统，由日本研发）； IRNSS（印度区域导航卫星系统，由印度研发）
[2]https://www.mobilephonemuseum.com/
[3] 维基百科，“MTS 945” https://en.wikipedia.org/wiki/MTS_945
[4] https://www.gsc-europa.eu/news/worlds-first-dual-frequency-gnss-smartphone-hits-the-market
[5] NMEA，由美国国家海洋电子协会定义，是所有GPS制造商都遵循的标准数据格式，很像是计算器业界中数字计算器字符的标准。NMEA 的目的是让设备用户能够搭配硬件和软件。
[6] 地心地固（ECEF）坐标系统也称为「传统地球」坐标系统。
[7] KML 为「锁孔标记语言」，是 Google 开发人员用来显示地理数据的一种文件格式。
成立于 2012 年的Geoflex，是一家法国公司，为许多不同行业提供全面的超地理定位服务，包括交通、智能手机、机器人、农业机械等等。该公司与全球领先的业者（私人和公共团体）合作，他们需要精确的定位以加强及提升他们重要的业务流程。 https://www.geoflex.fr/