專(zhuān)利名稱(chēng)：Rf發(fā)射器的便攜式反復(fù)的地理定位的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于定位無(wú)線設(shè)備的方法和裝置，所述無(wú)線設(shè)備包括 固定的基站以及移動(dòng)臺(tái)(MS),例如那些在模擬蜂窩系統(tǒng)或數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、 個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)、增強(qiáng)型專(zhuān)用移動(dòng)無(wú)線電(ESMR)、以及其他類(lèi)型 的無(wú)線通信系統(tǒng)中使用的無(wú)線設(shè)備。更特別地，但是不排他地，本發(fā)明涉 及利用少于三臺(tái)的接收器通過(guò)三邊測(cè)量法(trilateration)進(jìn)行的發(fā)射器定位。
背景技術(shù)：
確定發(fā)射射頻(RF)能量的設(shè)備的物理位置的方法被稱(chēng)為地理定位 (geolocation )。對(duì)于RF發(fā)射器的地理定位來(lái)說(shuō)，存在多種技術(shù)。常用的 地理定位4支術(shù)^皮稱(chēng)為到達(dá)時(shí)間差(TDOA)。傳統(tǒng)上，借助于TDOA進(jìn)行 的地理定位是通過(guò)在處于不同的并且已知的位置的多個(gè)傳感器同時(shí)捕獲 RF發(fā)射器的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在多個(gè)傳感器中任何一對(duì)傳感器之間的TDOA 是RF能量從其起始點(diǎn)傳播到兩個(gè)傳感器的中每一個(gè)傳感器所用的時(shí)間的 差值。在已知位置在二維上進(jìn)行的兩個(gè)傳感器之間的TDOA的測(cè)量生成一 條雙曲線，這兩個(gè)傳感器與該雙曲線的焦點(diǎn)相符合。該雙曲線生成可能從 其發(fā)出RF能量的多個(gè)位置。從其他傳感器對(duì)得到多條雙曲線將會(huì)產(chǎn)生從 其發(fā)出RF能量的唯一的位置。在二維上利用TDOA進(jìn)行RF發(fā)射器的地理定位要求信號(hào)由處于最少三個(gè)不同地理位置的傳感器接收。每對(duì)傳感器
生成作為RF能量的可能來(lái)源的雙曲線。在三維上利用TDOA進(jìn)行RF發(fā) 射器的地理定位要求信號(hào)由處于最少四個(gè)不同地理位置的傳感器接收。每 對(duì)傳感器生成作為RF能量的可能來(lái)源的作為面的雙曲面。在本說(shuō)明書(shū)中， 我們將公開(kāi)用于由單個(gè)傳感器以反復(fù)(iterative)方式地理定位信號(hào)的方法和 裝置，所述信號(hào)具有在商業(yè)化無(wú)線電信中非常普通的定時(shí)特性。此外，我 們公開(kāi)了用于由兩個(gè)或更多傳感器以反復(fù)方式定位信號(hào)的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
以下發(fā)明內(nèi)容旨在解釋下面更詳細(xì)描述的說(shuō)明性實(shí)施方式的幾個(gè)方 面。本發(fā)明內(nèi)容并不旨在涵蓋所公開(kāi)的主題的所有發(fā)明性方面，也不旨在 限制下面闡明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方式可以采取各種形式，例如，本發(fā)明可以用便 攜式地理定位傳感器、包括便攜式地理定位傳感器的使用的方法、以及系 統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可以用包括數(shù)字信號(hào)處理裝置的硬件或硬件和軟件的組 合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的便攜式地理定位傳感器包括 用于接收定時(shí)信號(hào)的定時(shí)信號(hào)接收器；用于接收和處理來(lái)自感興趣的發(fā)射 器(emitter of interest, EOI)的信號(hào)的可調(diào)的寬帶接收器；用于對(duì)來(lái)自EOI 的傳輸(transmission )加時(shí)間戳的信號(hào)處理器；以及裝入定時(shí)信號(hào)接收器、 可調(diào)的寬帶接收器和信號(hào)處理器的便攜式外殼。
根據(jù)本發(fā)明的 一種示例性方法可用于利用至少 一個(gè)便攜式地理定位 傳感器來(lái)定位EOI。該方法包括在第一位置，在第一時(shí)間段期間，利用 第一便攜式地理定位傳感器接收、加時(shí)間戳和存儲(chǔ)EOI傳輸；將第一便攜 式地理定位傳感器移動(dòng)到第二位置；在第二位置，在第二時(shí)間段期間，利 用第一便攜式地理定位傳感器接收、加時(shí)間戳和存儲(chǔ)EOI傳輸；以及利用 在第一時(shí)間段和第二時(shí)間段期間存儲(chǔ)的表示EOI傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來(lái)計(jì)算EOI 的位置。本發(fā)明方法可以利用單個(gè)便攜式地理定位傳感器來(lái)執(zhí)行，該單個(gè)
li便攜式地理定位傳感器被反復(fù)地移動(dòng)到不同位置，在這些不同位置接收來(lái) 自EOI的傳輸。本方法還利用兩個(gè)或更多地理定位傳感器來(lái)執(zhí)行，其中至 少一個(gè)傳感器是便攜式的并被移動(dòng)，以便其用于在兩個(gè)或更多位置收集
EOI傳輸。所利用的地理定位傳感器的數(shù)量可基于EOI傳輸?shù)奶卣鱽?lái)選擇 (例如，當(dāng)EOI傳輸包括定時(shí)信息時(shí)，可使用單個(gè)便攜式傳感器)。
另一個(gè)說(shuō)明性的實(shí)施方式可采取用于定位EOI的系統(tǒng)的形式。在該實(shí) 施方式中，該系統(tǒng)包括便攜式裝置和計(jì)算裝置，所述便攜式裝置包括在一 個(gè)接收器處，在第一位置在第一時(shí)間段期間接收、加時(shí)間戳和存儲(chǔ)EOI傳 輸，并且在第二位置在第二時(shí)間段期間接收、加時(shí)間戳和存儲(chǔ)EOI傳輸， 所述計(jì)算裝置包括處理器，以利用在第一時(shí)間段和第二時(shí)間段期間存儲(chǔ)的 表示EOI傳輸?shù)臄?shù)據(jù)計(jì)算EOI的位置。計(jì)算裝置可以在與便攜式裝置相同 的外殼中被集成，或者可以是分離的。
下面描述其他方面和實(shí)施方式。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，前述的發(fā)明內(nèi)容以及下面的詳細(xì)描述被更好 地理解。為了說(shuō)明本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性結(jié)構(gòu)；然而， 本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的具體的方法和手段。在附圖中
圖1示意性地示出用于由單個(gè)傳感器反復(fù)進(jìn)行地理定位的基本原理。
圖2示意性地示出用于反復(fù)的單個(gè)傳感器地理定位的便攜式TDOA傳感器。
圖3示意性地示出用于由一對(duì)傳感器反復(fù)進(jìn)行地理定位的基本原理。
圖4示意性地示出用于由一對(duì)傳感器反復(fù)進(jìn)行地理定位的便攜式 TDOA傳感器。
圖5示意性地示出用于由三個(gè)或更多傳感器反復(fù)進(jìn)行地理定位的基本 原理。
圖6示意性地示出用于由三個(gè)或更多傳感器反復(fù)進(jìn)行地理定位的便攜
12式TDOA傳感器。
圖7示意性地示出多路復(fù)用的時(shí)間差測(cè)量方法。 圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在我們將描述本發(fā)明的說(shuō)明性或目前優(yōu)選的實(shí)施方式。首先，我們 提供概述，接著是更詳細(xì)的描述。
爿.禽迷
這里，我們公開(kāi)了一種用于確定RF發(fā)射設(shè)備的位置的基本原理，該 基本原理是漸進(jìn)的。如果一個(gè)人具有感興趣的發(fā)射器(EOI)定時(shí)的先驗(yàn) 知識(shí)并且該感興趣的發(fā)射器傳輸達(dá)一長(zhǎng)的時(shí)間段，則單個(gè)傳感器可用于確 定位置。這包括由TDOA傳感器在多個(gè)不同的幾何地點(diǎn)捕獲EOI,所述 TDOA傳感器知道其自己的位置并且具有非常穩(wěn)定的參考振蕩器。這還包 括描述(characterize )和補(bǔ)償EOl的頻率和定時(shí)漂移(dnft)。接著計(jì)算TDOA 和到達(dá)頻率差(FDOA)。假設(shè)EOI是固定的，F(xiàn)DOA描述EOI的頻率漂 移。對(duì)于從相同的參考振蕩器得到其RF載波和幀時(shí)鐘的發(fā)送器來(lái)說(shuō)，借 助于FDOA進(jìn)行的頻率漂移的測(cè)量將允許確定幀時(shí)鐘漂移。對(duì)于未從相同 的參考振蕩器得到其RF載波和幀時(shí)鐘的發(fā)送器來(lái)說(shuō)，幀時(shí)鐘漂移率以不 同的方式被描述。 一項(xiàng)這樣的技術(shù)是再訪問(wèn)數(shù)據(jù)采集位置并將測(cè)量的 TDOA與之前測(cè)量的TDOA相比較。存在用于補(bǔ)充幀時(shí)鐘漂移的其他技術(shù)。 例如，可以寫(xiě)出一組方程，每個(gè)方程與一個(gè)數(shù)據(jù)采集位置相關(guān)聯(lián)，每個(gè)方 程式包括數(shù)據(jù)采集位置的地點(diǎn)、測(cè)量的頻率偏移(offset)、測(cè)量的時(shí)間偏移、 以及用于幀時(shí)鐘的模型，其中幀時(shí)鐘漂移作為參數(shù)中之一。在進(jìn)行足夠數(shù) 量的數(shù)據(jù)采集后，可以由該組過(guò)定的(over-determined)方程確定幀時(shí)鐘 漂移參數(shù)的解決方案。此外，隨著更多數(shù)據(jù)采集的進(jìn)行，能夠反復(fù)地改進(jìn) 該解決方案。根據(jù)EOI定時(shí)的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定TDOA。初始的位置估計(jì)能 夠在三次數(shù)據(jù)采集后在二維上進(jìn)行計(jì)算，并且初始的位置估計(jì)能夠在四次 數(shù)據(jù)采集后在三維上進(jìn)行計(jì)算。 一旦達(dá)到最少數(shù)量的數(shù)據(jù)采集，就能夠用更多的數(shù)據(jù)采集來(lái)反復(fù)地改進(jìn)位置估計(jì)，以得到更高的準(zhǔn)確度。能夠向用 戶(hù)提供關(guān)于為了最好地改進(jìn)準(zhǔn)確度進(jìn)行下 一次數(shù)據(jù)采集的移動(dòng)的方向和 距離的指導(dǎo)。
如果對(duì)于單個(gè)傳感器方法不能滿(mǎn)足EOI的限制，那么漸進(jìn)的下一步是 使用在其之間具有通信鏈接的兩個(gè)傳感器。這種通信鏈接將允許這兩個(gè)傳
感器在時(shí)間上同時(shí)地捕荻EOI。由一對(duì)傳感器進(jìn)行的每個(gè)同時(shí)進(jìn)行的數(shù)據(jù) 采集將生成一條雙曲線，作為EOI可能位置的范圍。兩個(gè)傳感器的位置將 是該雙曲線的焦點(diǎn)。當(dāng)傳感器中的 一個(gè)或兩個(gè)移動(dòng)并且在兩個(gè)傳感器處同 時(shí)再次捕獲EOI時(shí)，將由TDOA處理產(chǎn)生另一條雙曲線。這兩條雙曲線的 交點(diǎn)將在二維上生成EOI的唯一位置。進(jìn)一步再定位一個(gè)或兩個(gè)傳感器以 及隨后同時(shí)進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集將生成改進(jìn)的定位準(zhǔn)確度。具有更好的視野 (view-of-the-sky )的傳感器中的GNSS接收器能夠作為用于其他傳感器的 輔助GNSS服務(wù)器，其將提供GNSS信號(hào)采集的更高的可靠性。(GNSS 表示全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，其是給予采用衛(wèi)星定位的導(dǎo)航系統(tǒng)的通用名稱(chēng)。 通常有美國(guó)的全^求定位系統(tǒng)(GPS)或俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，但是終 歸要包括對(duì)地靜止系統(tǒng)，以補(bǔ)充GPS或GLONASS星座。)在定位方案的 當(dāng)前重復(fù)中進(jìn)行的當(dāng)前位置估計(jì)的幾何精度衰減因子(GDOP)的分析提 供了關(guān)于在哪里再定位傳感器以用于下一次同時(shí)進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集的指導(dǎo)。
增加更多靜止的和/或便攜式的傳感器將提高EOI的定位準(zhǔn)確度，并且 將提高定位準(zhǔn)確度提高的速率與傳感器再定位的數(shù)量的比值。當(dāng)采用三個(gè) 或更多傳感器時(shí)，利用用于在傳感器之間進(jìn)行通信的網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)，將會(huì) 在提供傳感器之間提供更加可靠的連通性。
圖1示出了用于由單個(gè)傳感器(106)進(jìn)行EOI (107)的地理定位的 一般基本原理。在時(shí)刻T1及位置Ll,單個(gè)便攜式TDOA傳感器接收、加 時(shí)間戳、并存儲(chǔ)EOI達(dá)一時(shí)間段。接著該單個(gè)便攜式TDOA傳感器被移動(dòng) 到位置L2，并且該單個(gè)便攜式TDOA傳感器再次接收、加時(shí)間戳、并存 儲(chǔ)EOI達(dá)一時(shí)間段。重復(fù)進(jìn)行這一過(guò)程，直到執(zhí)行足夠數(shù)量的傳感器再定 位和信號(hào)采集為止。在這里描述的說(shuō)明性實(shí)施方式中，存在關(guān)于EOI的三 個(gè)約束。首先，EOI必須處于傳輸狀態(tài)達(dá)足夠長(zhǎng)的時(shí)間段，以便單個(gè)便攜
14式TDOA傳感器能夠被移動(dòng)并且EOI被接收、被加時(shí)間戳并且被存儲(chǔ)。第 二， EOT必須是靜止的。第三，EOI必須在其傳輸中具有定時(shí)信息。
圖2示出單個(gè)便攜式TDOA傳感器(200)的框圖。其包括GNSS天 線(202 )和裝在便攜式外殼(210 )內(nèi)的高靈敏度GNSS定時(shí)接收器(204 )。 這允許對(duì)來(lái)自EOI的傳輸打上非常精確的時(shí)間戳，以及對(duì)于描述EOI傳輸 的定時(shí)和頻率穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)非常穩(wěn)定的頻率參考，其中EOI傳輸?shù)亩〞r(shí)和頻 率穩(wěn)定性是TDOA信號(hào)處理中必須考慮的。該單個(gè)便攜式TDOA傳感器 還具有TDOA天線(201 )和可調(diào)的、寬帶數(shù)字接收器和信號(hào)處理器(205 )。 這實(shí)現(xiàn)了EOI的接收、加時(shí)間戳、存儲(chǔ)和處理?？烧{(diào)的、寬帶數(shù)字接收器 被定義為用于以被調(diào)諧到的RF頻率接收寬帶無(wú)線傳輸并用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將 其轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式的設(shè)備。 一旦被接收的信號(hào)處于數(shù)字格式，則被接收的
信號(hào)就被以數(shù)字信號(hào)處理的方式濾波為EOI的帶寬?？刂破?顯示設(shè)備 (203 )向便攜式TDOA傳感器提供用戶(hù)界面。其將允許由用戶(hù)進(jìn)行控制， 以及一旦進(jìn)行了足夠數(shù)量的傳感器再定位和數(shù)據(jù)采集就在地圖或其他顯 示器上顯示EOT的位置。此外，其將提供關(guān)于為了最大程度增加定位準(zhǔn)確 度，對(duì)于下一次再定位和數(shù)據(jù)采集的用戶(hù)能夠移動(dòng)的方向和距離的指導(dǎo)。
圖3示出了由一對(duì)時(shí)間同步的TDOA傳感器(313和306 )進(jìn)行的EOI
的反復(fù)T DOA定位的一般基本原理。這兩個(gè)傳感器將接收、加時(shí)間戳以及
存儲(chǔ)EOI信號(hào)，該EOI信號(hào)在特定的位置對(duì)被同步接收。因此，用于兩個(gè)
傳感器彼此通信的機(jī)制被用于在精確的相同時(shí)間協(xié)調(diào)EOI的接收。接著，
傳感器中的一個(gè)或兩個(gè)被再定位，EOI被接收、被加時(shí)間戳以及被存儲(chǔ)。
該過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直到執(zhí)行足夠數(shù)量的傳感器再定位和信號(hào)采集。利用一
對(duì)傳感器來(lái)消除對(duì)EOI的約束，該約束即EOl必須在其傳輸中具有定時(shí)信 自、
圖4示出了用于圖3的實(shí)施方式的便攜式TDOA傳感器(400 )之一 的框圖。該框圖與圖2的框圖相同，但有兩點(diǎn)例外。首先，增加了通信天 線(409 )和收發(fā)器(408 )，以允許在兩個(gè)傳感器之間進(jìn)行通信，從而協(xié) 調(diào)它們的數(shù)據(jù)采集。第二，此時(shí)高靈敏度GNSS接收器(404)能夠用作 輔助GNSS服務(wù)器。如果一個(gè)傳感器具有用于接收GNSS信號(hào)的更清楚的視野，則該傳感器能夠發(fā)送GNSS輔助數(shù)據(jù)，以幫助其他傳感器的GNSS 定時(shí)接收器捕獲GNSS信號(hào)。
圖5示出了由三個(gè)或更多傳感器以反復(fù)的方式進(jìn)行EOI的被動(dòng)地理定 位的一般基本原理。對(duì)于二維的地理定位來(lái)說(shuō)，最少三個(gè)傳感器被用于唯 一的位置確定。因此，確定唯一的位置不需要傳感器的再定位，但是這將 提供改進(jìn)的定位準(zhǔn)確度。
圖6示出了圖5中表示的實(shí)施方式中的便攜式TDOA傳感器之一的框 圖。該框圖與圖4的便攜式TDOA傳感器相同，但是用網(wǎng)狀通信收發(fā)器 (608)代替通信收發(fā)器，以得到傳感器之間的更加可靠的通信。
圖7示出了在位置#1在最初的數(shù)據(jù)采集時(shí)，接收的無(wú)線通信信號(hào)的 幀定時(shí)最初如何與基于GNSS的幀時(shí)鐘校準(zhǔn)。接著在第二位置，即位置# 2，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，并且接收的幀定時(shí)與基于GNSS的幀時(shí)鐘進(jìn)行比較， 以得到兩個(gè)位置之間的TDOA，即Atp這假定在發(fā)送器中有非常穩(wěn)定的 幀時(shí)4f 。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法的流程圖。該方法包括，在第一位 置，使用第一便攜式地理定位傳感器在第一時(shí)間段期間接收、加時(shí)間戳以 及存儲(chǔ)EOI傳輸(801 )。此外，在一個(gè)或更多地理定位傳感器處，EOI傳 輸可以被同時(shí)接收、加時(shí)間戳等，所述地理定位傳感器可以是便攜式傳感 器或固定的傳感器(例如，與無(wú)線通信系統(tǒng)的小區(qū)站點(diǎn)或BTS共址的位置 測(cè)量單元(LMU)) ( 802 )。接著，該方法使第一便攜式地理定位傳感器移 動(dòng)到第二位置(803 )，并且在第二位置處，利用第一便攜式地理定位傳感 器在第二時(shí)間段期間接收、加時(shí)間戳以及存儲(chǔ)EOI傳輸(804 )。最后，在 足夠數(shù)量的反復(fù)之后，利用在至少第 一 時(shí)間段和第二時(shí)間段期間存儲(chǔ)的表 示EOl傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，來(lái)計(jì)算E01的位置。如所討論的，可以利用單個(gè)便攜 式地理定位傳感器執(zhí)行該方法，其中該單個(gè)便攜式地理定位傳感器被反復(fù) 地移動(dòng)到不同位置，在這些不同位置接收來(lái)自EOI的傳輸；或者可以利用 兩個(gè)或更多地理定位傳感器執(zhí)行該方法，其中至少 一 個(gè)傳感器是便攜式的 并且一皮移動(dòng)，以便其被用于在兩個(gè)或更多位置收集EOI傳輸。
凡說(shuō)效'/i,滋方4;^伴勿"/多迷
161.由單個(gè)傳感器進(jìn)行GSM基站收發(fā)系統(tǒng)(BTS)的地理定位
通過(guò)利用圖2中示出的便攜式TDOA傳感器，由單個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)精確 的GSM BTS的地理定位，該便攜式TDOA傳感器具有集成的高靈^:度、 高精確度、高準(zhǔn)確度的GNSS定時(shí)接收器204，并且在多個(gè)已知的地理位 置捕獲BTS傳輸。該基本原理在圖l中示出。
GSM無(wú)線通信系統(tǒng)是時(shí)分多址(TDMA )數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)。調(diào)制類(lèi) 型是GMSK，符號(hào)率是270 5/6千赫茲。每幀具有8個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙的 持續(xù)時(shí)間是576 12/13微秒。從0到2,715，647對(duì)幀進(jìn)行編號(hào)，并且每3 'J、 時(shí)28分53秒760毫秒重復(fù)。在移動(dòng)臺(tái)和BTS之間利用控制信道信號(hào)來(lái)建 立和拆除無(wú)線電話呼叫，以及將移動(dòng)臺(tái)與BTS進(jìn)行校準(zhǔn)，該BTS在時(shí)間 和頻率兩者上處理其通信量。BTS傳輸頻率校正脈沖(burst)和同步脈沖以 允許進(jìn)行這種時(shí)間和頻率同步。同步脈沖在已知的時(shí)刻被傳輸，并具有BTS 的當(dāng)前幀號(hào)及其標(biāo)識(shí)符，即基站標(biāo)識(shí)碼(BSIC)。該信號(hào)可用于被動(dòng)地確 定BTS的位置。GSM BTS的其他已知特征也可被利用。例如， 一般先驗(yàn) 地已知中間碼(midamble )，并且因此能夠利用該中間碼。此外，許多商 業(yè)化的無(wú)線技術(shù)將基本網(wǎng)絡(luò)定時(shí)嵌入到基站傳輸中，以允許其移動(dòng)用戶(hù)到 網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。所有這些波形都能夠使用該方法進(jìn)行地理定位。這包括 在碼分多址(CDMA)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的導(dǎo)頻和同步傳輸。正交頻分復(fù)用 (OFDM)波形也要求其移動(dòng)用戶(hù)與基站時(shí)間同步，因此能夠用該方法進(jìn) 行地理定位。GSM BTS中的基本參考頻率是13 MHz。符號(hào)率是13 MHz 除以整數(shù)48。時(shí)隙等于7500個(gè)13MHz的時(shí)間段。ETSI GSM規(guī)范05.10 要求GSM BTS頻率參考具有0.05百萬(wàn)分率(ppm)或50 ppb的穩(wěn)定性/ 準(zhǔn)確度。相比之下，來(lái)自其高靈敏度GNSS定時(shí)接收器的便攜式TDOA傳 感器的lOMHz頻率參考具有0.001 ppb的穩(wěn)定性/準(zhǔn)確度或高于要求50,000 倍。高靈敏度GNSS定時(shí)接收器是能夠以低電平捕獲并跟蹤衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào) 的接收器，低電平是典型的綜合考慮的環(huán)境。其可以自主地實(shí)現(xiàn)此目的， 或者使用來(lái)自具有更清晰的視野的服務(wù)器的輔助數(shù)據(jù)。此外，其對(duì)從衛(wèi)星 導(dǎo)航信號(hào)獲得的定時(shí)信號(hào)規(guī)定頻率參考，以提供非常精確和穩(wěn)定的頻率參 考。這非常重要，因?yàn)槿鐚⒁懻摰?，BTS頻率參考的頻率準(zhǔn)確度/穩(wěn)定性極大地影響其能夠被地理定位的準(zhǔn)確度。因?yàn)楸銛y式TDOA傳感器具有非 常好的頻率準(zhǔn)確度/穩(wěn)定性，因此能夠測(cè)量和補(bǔ)償BTS幀時(shí)鐘的任何漂移， 并且因此獲得高的定位準(zhǔn)確度。
單個(gè)傳感器GSM BTS地理定位方法包括最初從GSM BTS接收同 步脈沖，使接收的脈沖與內(nèi)部合成的同步脈沖進(jìn)行相關(guān)，以及將相關(guān)函數(shù) 的峰值與內(nèi)部生成的基于GNSS的幀時(shí)鐘對(duì)準(zhǔn)。這種最初的相關(guān)過(guò)程在數(shù) 學(xué)上被描述為
M, (r,= + r)e-,'^ 方程1
其中_y,(/)是接收的用于第 一數(shù)據(jù)采集位置的同步脈沖，，;、+ r)是合成 的同步脈沖，以及r是同步脈沖的持續(xù)時(shí)間，即576 12/13孩t秒。該相關(guān) 函數(shù)對(duì)于時(shí)延r，以及頻移w求最大值化。我們注意到相關(guān)函數(shù)的最大值 出現(xiàn)在。和^7處。
同步脈沖具有在其中被編碼的幀號(hào)，并且當(dāng)BTS具有非常穩(wěn)定的幀時(shí) 鐘時(shí)，幀正好每60/13000秒重復(fù)。在該第一地理數(shù)據(jù)采集位置執(zhí)行BTS 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集，并且基于GNSS的幀時(shí)鐘時(shí)間與接收的同步脈沖校準(zhǔn)。 數(shù)據(jù)采集的煒度和經(jīng)度從GNSS接收器記錄。該數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)以進(jìn)行進(jìn)一步 的處理。因此， 一旦最初時(shí)間與BTS幀時(shí)鐘校準(zhǔn)，將來(lái)就能夠預(yù)測(cè)特定幀 號(hào)的另一個(gè)特定同步脈沖的時(shí)間。這種特征將被用于允許BTS的地理定 位。傳感器被移動(dòng)到另一個(gè)地理位置，并且執(zhí)行BTS傳輸?shù)牧硪粋€(gè)數(shù)據(jù)采
脈沖已經(jīng)被精確地時(shí)移了數(shù)據(jù)采集之間的適當(dāng)?shù)难訒r(shí)。這在數(shù)學(xué)上被描述 為
A/2(r,w) = JV2(/)r/(/ —"r + ^+ry 方程2
0
其中_y2(0是4^收的用于第二數(shù)據(jù)采集位置的同步脈沖，《々-"r+^ + r) 是合成的同步脈沖，該合成的同步脈沖已經(jīng)在整數(shù)個(gè)幀內(nèi)被時(shí)移了適當(dāng)值 "r,并借助于。與第一數(shù)據(jù)采集時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。在。和^2處確定和記錄該 二維相關(guān)函數(shù)的最大值。
此外，該數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)以用于進(jìn)一步的處理，并且數(shù)據(jù)采集位置的綿度和經(jīng)度被記錄。該過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直到對(duì)于數(shù)據(jù)采集來(lái)說(shuō)已經(jīng)訪問(wèn)了足夠 數(shù)量的幾何位置為止，以提供良好的定位準(zhǔn)確度。該過(guò)程在圖l中示出。
通過(guò)在圖7中以圖形方式示出的過(guò)程來(lái)確定TDOA。在l號(hào)位置，基 于GNSS的幀定時(shí)被精確地與從BTS接收的幀定時(shí)時(shí)間對(duì)準(zhǔn)，即確定。。 接著，20分鐘后，即260,000個(gè)GSM幀，在另 一個(gè)地理位置重復(fù)進(jìn)行該 過(guò)程。注意到在該實(shí)例中，方程2中的w等于260,000。第二位置將產(chǎn)生 基于GNSS的幀定時(shí)和接收的幀定時(shí)之間的時(shí)間差A(yù)t^其等于r2- r,。 對(duì)于非常穩(wěn)定的BTS幀時(shí)鐘來(lái)說(shuō)，該時(shí)間差測(cè)量將生成一條雙曲線，兩個(gè) 數(shù)據(jù)采集位置在焦點(diǎn)處，BTS可以位于該焦點(diǎn)處。第三數(shù)據(jù)采集位置將生 成另一條雙曲線，該雙曲線將與第一條雙曲線在單個(gè)點(diǎn)處相交，以提供BTS 的唯一位置。然而，當(dāng)訪問(wèn)更多數(shù)量的不同數(shù)據(jù)采集位置時(shí)，就能夠極大 地提高定位準(zhǔn)確度。
實(shí)際上，BTS幀時(shí)鐘并不是非常精確，將需要借助于便攜式TDOA傳 感器被測(cè)量、描述和補(bǔ)償。這種測(cè)量在每個(gè)數(shù)據(jù)采集位置進(jìn)行。由于BTS 幀時(shí)鐘是從13MHz的頻率參考獲得的，因此其可以在一個(gè)小時(shí)內(nèi)在時(shí)間 上移動(dòng)差不多48.75個(gè)符號(hào)，即使其滿(mǎn)足0.05 ppmGSM 05.10的穩(wěn)定性規(guī) 范也是如此。這將通過(guò)利用在每個(gè)數(shù)據(jù)采集位置進(jìn)行的頻移測(cè)量即w ,和w
2來(lái)補(bǔ)償，或者通過(guò)其他技術(shù)補(bǔ)償，所述其他技術(shù)例如在不同的時(shí)刻在相同
的地理位置測(cè)量EOI以確定幀時(shí)鐘隨著時(shí)間改變了多少。TDOA處理和 FDOA處理都一皮#^亍，并且所測(cè)量的FDOA被用于補(bǔ)償將被BTS的幀時(shí) 鐘的時(shí)移破壞的TDOA估計(jì)。特別地，便攜式TDOA傳感器中的采樣時(shí) 鐘在被鎖定到GNSS時(shí)，將保持小于每小時(shí)10納秒的漂移率。因此，在 其將開(kāi)始影響一般郊區(qū)環(huán)境中定位準(zhǔn)確度之前，可從BTS采集數(shù)據(jù)達(dá)大約 20小時(shí)，延遲擴(kuò)展為200納秒。如果RF載波和幀時(shí)鐘從BTS中的相同參
考振蕩器獲得，則所測(cè)量的頻移031，0)2,...將用于補(bǔ)償所測(cè)量的時(shí)移T ,，T
2，...，從而補(bǔ)償BTS時(shí)鐘漂移和不穩(wěn)定性。
多種因素影響TDOA地理定位中位置估計(jì)的準(zhǔn)確度。傳感器數(shù)據(jù)采集 位置關(guān)于BTS位置的幾何方位是對(duì)定位準(zhǔn)確度有重大影響的一個(gè)因素。最 佳的傳感器數(shù)據(jù)采集位置圍繞以BTS為中心的圓周均勻地排開(kāi)。傳感器數(shù)
19據(jù)采集幾何排列的這種影響被描述為幾何精度衰減因子(GDOP)。其可被
計(jì)算為
^ 方程3
其中，H^:,/,-^是單位矢量",和"",之間的矢量差，",和" ,是從估計(jì)位
置分別到數(shù)據(jù)采集位置/和W的單位矢量。數(shù)值A(chǔ)，,是W/和M^,形成的平
行四邊形的面積，w是傳感器數(shù)據(jù)采集位置的數(shù)量。通過(guò)增加傳感器數(shù)據(jù) 采集位置的數(shù)量超過(guò)得到唯一的位置所需要的最小值，能夠極大地提高定 位準(zhǔn)確度。然而，定位準(zhǔn)確度提高的速率與傳感器數(shù)據(jù)采集的數(shù)量的比值 將取決于下一個(gè)傳感器數(shù)據(jù)采集的位置。這可以通過(guò)估算增加另外的傳感
器數(shù)據(jù)采集的GDOP以及在該方向上移動(dòng)傳感器來(lái)確定。
2. 由一對(duì)同步的傳感器地理定位任意波形
由單個(gè)傳感器進(jìn)行地理定位要求將被定位的信號(hào)具有嵌入其中的某 種類(lèi)型的定時(shí)特征，例如無(wú)線GSM通信的同步脈沖，這是先驗(yàn)已知的。 這種先驗(yàn)知識(shí)允許其被合成，并且使這種被合成的信號(hào)與接收的信號(hào)相 關(guān)，以確定延時(shí)。此外，其還要求補(bǔ)償信號(hào)的任何漂移或不穩(wěn)定性。這兩 項(xiàng)約束能夠通過(guò)將另一個(gè)便攜式TDOA傳感器以及傳感器之間的通信鏈 接添加到系統(tǒng)中而被消除。兩個(gè)傳感器能夠借助于通過(guò)它們共同的通信鏈 接進(jìn)行的協(xié)調(diào)來(lái)同時(shí)捕獲EOI。兩個(gè)捕獲的信號(hào)的相關(guān)將產(chǎn)生延時(shí)估計(jì)。 知道數(shù)據(jù)采集期間兩個(gè)傳感器的位置， 一條雙曲線成為信號(hào)的候選位置。 所述相關(guān)在數(shù)學(xué)上被描述為
0
此外，增加更多的數(shù)據(jù)采集位置能夠極大地提高定位準(zhǔn)確度。 一旦確 定出唯一的位置，就能夠通過(guò)估算GDOP來(lái)確定關(guān)于為了最小化定位誤差 對(duì)于下一個(gè)數(shù)據(jù)采集來(lái)^L向哪里移動(dòng)一個(gè)或兩個(gè)傳感器的指導(dǎo)。
3. 由三個(gè)或更多同步的傳感器地理定位任意波形所描述的用于確定RF發(fā)射器的位置的反復(fù)過(guò)程能夠通過(guò)采用三個(gè)或 更多同步的傳感器而被改進(jìn)。實(shí)際上，定位誤差與重復(fù)次數(shù)的比值的收斂 速率隨著數(shù)據(jù)采集傳感器的數(shù)量的增加而提高。然而，在便攜式數(shù)據(jù)采集 傳感器之間必須有通信鏈接，以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)采集。通過(guò)使用網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)， 在實(shí)際的環(huán)境中，這被最佳地實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)允許任何傳感器與網(wǎng)絡(luò) 中的任何其他傳感器進(jìn)行通信，只要其能夠與網(wǎng)絡(luò)中的至少 一個(gè)傳感器通 信即可。實(shí)際上，傳感器作為到不能直接與網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器通信的其
他傳感器的中繼。這將允許在自然環(huán)境中可靠地操作便攜式TDOA系統(tǒng)， 這種自然環(huán)境不會(huì)促成所有傳感器之間的直接通信。
C.潛論
本發(fā)明的真正范圍不限制于這里公開(kāi)的目前優(yōu)選的實(shí)施方式。例如， 無(wú)線定位系統(tǒng)的目前優(yōu)選的實(shí)施方式的前述公開(kāi)采用說(shuō)明性術(shù)語(yǔ)，例如基 站收發(fā)臺(tái)(BTS)、 TDOA傳感器、GPS、 GNSS、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、以及類(lèi)似術(shù) 語(yǔ)，這些術(shù)語(yǔ)不應(yīng)該被解釋為限制下述權(quán)利要求的保護(hù)范圍，或者另外地 意味著無(wú)線定位系統(tǒng)的發(fā)明性方面限于所公開(kāi)的特定方法和裝置。而且， 如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，這里公開(kāi)的許多發(fā)明性方面可以用在不基于 TDOA技術(shù)的定位系統(tǒng)中。例如，本發(fā)明不限于如上述構(gòu)造的采用便攜式 TDOA傳感器的系統(tǒng)。這里描述的TDOA傳感器、系統(tǒng)以及子系統(tǒng)本質(zhì)上 是可編程的數(shù)據(jù)收集和處理設(shè)備，其可以采取各種形式而不脫離這里公開(kāi) 的發(fā)明性的基本原理。假如數(shù)字信號(hào)處理和其他處理功能的成本快速下 降，則可能容易地，例如，將特定功能的處理從這里描述的一個(gè)功能元件 轉(zhuǎn)移到另一個(gè)功能元件，而不改變系統(tǒng)的發(fā)明性操作。在多種情況下，這 里描述的實(shí)施位置(即，功能元件)僅是設(shè)計(jì)者的優(yōu)先選擇，而不是硬性 要求。因此，除了它們可能被特別地如此限制之外，下述權(quán)利要求的保護(hù) 范圍并不意味被限制于上述具體實(shí)施方式
。
2權(quán)利要求
1.一種便攜式地理定位傳感器，其包括定時(shí)信號(hào)接收器，其用于接收定時(shí)信號(hào)；可調(diào)的寬帶接收器，其可操作地連接到所述定時(shí)信號(hào)接收器，所述可調(diào)的寬帶接收器用于接收和處理來(lái)自感興趣的發(fā)射器(EOI)的信號(hào)；信號(hào)處理器，其可操作地連接到所述可調(diào)的寬帶接收器，所述信號(hào)處理器用于對(duì)來(lái)自所述感興趣的發(fā)射器的傳輸加時(shí)間戳；以及便攜式外殼，所述便攜式外殼封裝所述定時(shí)信號(hào)接收器、所述可調(diào)的寬帶接收器以及所述信號(hào)處理器。
2. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述定時(shí)信號(hào) 接收器通過(guò)數(shù)字通信鏈接連接到所述可調(diào)的寬帶接收器。
3. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述可調(diào)的寬 帶接收器包括寬帶數(shù)字接收器。
4. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述可調(diào)的寬 帶接收器被配置為接收來(lái)自于感興趣的發(fā)射器的傳輸，所述感興趣的發(fā)射 器包括無(wú)線通信系統(tǒng)的基站收發(fā)臺(tái)(BTS)。
5. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述定時(shí)信號(hào) 接收器被配置為從基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)接收GNSS信號(hào)，并提供精確的采 樣時(shí)鐘信號(hào)。
6. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述定時(shí)信號(hào) 接收器被配置為向所述信號(hào)處理器提高穩(wěn)定的頻率參考，并且其中所述信 號(hào)處理器被配置為利用所述頻率采用來(lái)描述所述感興趣的發(fā)射器傳輸?shù)?定時(shí)和頻率穩(wěn)定性。
7. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述可調(diào)的寬 帶接收器和所述信號(hào)處理器被配置為接收、加時(shí)間戳、存儲(chǔ)以及處理所接收的來(lái)自所述感興趣的發(fā)射器的傳輸。
8. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其進(jìn)一步包括用于與控制器和顯示設(shè)備(203 )通信的通信鏈接(207 )。
9. 如權(quán)利要求8所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述控制器和 顯示設(shè)備被配置為提供一種用戶(hù)通過(guò)其可控制所述便攜式地理定位傳感 器的裝置，顯示所述感興趣的發(fā)射器的位置，以及提供關(guān)于為了增強(qiáng)定位 準(zhǔn)確度在隨后數(shù)據(jù)采集周期中所述用戶(hù)能夠移動(dòng)的方向和距離的指導(dǎo)。
10. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其進(jìn)一步包括被配 置為允許與第二便攜式地理定位傳感器進(jìn)行通信的通信收發(fā)器。
11. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述定時(shí)信號(hào) 接收器被進(jìn)一步配置為作為輔助的GPS/GNSS服務(wù)器，并且發(fā)送 GPS/GNSS輔助數(shù)據(jù)，以幫助第二便攜式地理定位傳感器捕獲GPS/GNSS 信號(hào)。
12. 如權(quán)利要求10所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述通信收 發(fā)器包括網(wǎng)狀通信收發(fā)器。
13. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述便攜式地 理定位傳感器被配置為通過(guò)使用所述定時(shí)信號(hào)接收器從全球定位系統(tǒng)(GPS )或全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS )接收信號(hào)，來(lái)確定所述便攜式地理 定位傳感器的位置。
14. 如權(quán)利要求1所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述定時(shí)信號(hào)接收器通過(guò)數(shù)字通信鏈接連接到所述可調(diào)的寬帶 接收器；其中所述可調(diào)的寬帶接收器包括寬帶數(shù)字接收器，并被配置為接收來(lái) 自感興趣的發(fā)射器的傳輸，所述感興趣的發(fā)射器包括無(wú)線通信系統(tǒng)的基站 收發(fā)臺(tái)(BTS);其中所述定時(shí)信號(hào)接收器被配置為從基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)接收GPS 信號(hào)，并提供精確的采樣時(shí)鐘信號(hào)；其中所述定時(shí)信號(hào)接收器被配置為向所迷信號(hào)處理器提供穩(wěn)定的頻 率參考，以及其中所述信號(hào)處理器被配置為利用所述頻率參考來(lái)描述所述 感興趣的發(fā)射器傳輸?shù)乃龆〞r(shí)和頻率穩(wěn)定性；其中所述可調(diào)的寬帶接收器和信號(hào)處理器被配置為接收、加時(shí)間戳、存儲(chǔ)和處理所接收的來(lái)自所述感興趣的發(fā)射器的傳輸；所述便攜式地理定位傳感器進(jìn)一步包括用于與控制器和顯示設(shè)備通 信的通信鏈接；其中所述控制器和顯示設(shè)備被配置為提供一種用戶(hù)通過(guò)其可控制所 述便攜式地理定位傳感器的裝置，顯示所述感興趣的發(fā)射器的所述位置， 以及提供關(guān)于為了增強(qiáng)所述定位準(zhǔn)確度在隨后數(shù)據(jù)采集周期時(shí)所述用戶(hù) 能夠移動(dòng)的方向和距離的指導(dǎo)；以及所述便攜式地理定位傳感器進(jìn)一步包括被配置為允許與第二便攜式 地理定位傳感器進(jìn)行通信的通信收發(fā)器。
15. 如權(quán)利要求14所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述定時(shí)信 號(hào)接收器進(jìn)一步被配置為作為輔助的GPS/GNSS服務(wù)器，并且發(fā)送 GPS/GNSS輔助數(shù)據(jù)，以幫助第二便攜式地理定位傳感器捕獲GPS/GNSS 信號(hào)。
16. 如權(quán)利要求14所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述通信收 發(fā)器包括網(wǎng)狀通信收發(fā)器。
17. 如權(quán)利要求14所述的便攜式地理定位傳感器，其中所述便攜式 地理定位傳感器^^皮配置為通過(guò)使用所述定時(shí)信號(hào)接收器從全球定位系統(tǒng)(GPS)或全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收信號(hào)，來(lái)確定所述便攜式地理 定位傳感器的位置。
18. —種用于定位感興趣的發(fā)射器(EOI)的方法，所述方法利用至 少一個(gè)便攜式地理定位傳感器，所述方法包括以下步驟在第一位置，在第一時(shí)間段期間，利用第一便攜式地理定位傳感器接 收、加時(shí)間戳以及存儲(chǔ)感興趣的發(fā)射器傳輸；將所述第 一便攜式地理定位傳感器移動(dòng)到第二位置；在所述第二位置，在第二時(shí)間段期間，利用所述第一便攜式地理定位傳感器接收、加時(shí)間戳以及存儲(chǔ)感興趣的發(fā)射器傳輸；以及利用在所述第一時(shí)間段和所述第二時(shí)間段期間存儲(chǔ)的表示所述感興 趣的發(fā)射器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，來(lái)計(jì)算所述感興趣的發(fā)射器的位置。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述方法用于定位感興趣的發(fā) 射器，所述感興趣的發(fā)射器傳輸達(dá)足夠長(zhǎng)的時(shí)間段，以便單個(gè)地理定位傳 感器能夠被移動(dòng)并且所述感興趣的發(fā)射器在三個(gè)或更多位置被接收、被加 時(shí)間戳和被存儲(chǔ)。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述方法被用于定位靜止的感 興趣的發(fā)射器。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述方法被用于定位在其傳輸 中包括定時(shí)信息的感興趣的發(fā)射器。
22. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一便攜式地理定位傳感 器包括定時(shí)信號(hào)接收器，其被配置為接收定時(shí)信號(hào)；可調(diào)的寬帶接收器，其被配置為接收來(lái)自感興趣的發(fā)射器的信號(hào)；以及信號(hào)處理器，其被配置為對(duì)來(lái)自所述感興趣的發(fā)射器的傳輸加時(shí)間戳。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述定時(shí)信號(hào)接收器通過(guò)數(shù)字 通信鏈接連接到所述可調(diào)的寬帶接收器。
24. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述可調(diào)的寬帶接收器包括寬 帶數(shù)字接收器。
25. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述方法用于從無(wú)線通信系統(tǒng) 的基站收發(fā)臺(tái)(BTS)接收傳輸，并定位所述無(wú)線通信系統(tǒng)的所述基站收 發(fā)臺(tái)。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述定時(shí)信號(hào)接收器被配置為從基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)接收GPS信號(hào)，并且提供精確的采樣時(shí)鐘信號(hào)。
27. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述定時(shí)信號(hào)接收器被配置為 向所述信號(hào)處理器提供穩(wěn)定的頻率參考，并且其中所述信號(hào)處理器被配置 為使用所述頻率參考來(lái)描迷所述感興趣的發(fā)射器傳輸?shù)亩〞r(shí)和頻率穩(wěn)定 性。
28. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述可調(diào)的寬帶接收器和所述 信號(hào)處理器被配置為接收、加時(shí)間戳、存儲(chǔ)和處理所接收的來(lái)自所述感興 趣的發(fā)射器的傳輸。
29. 如權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括利用連接到所述便攜式 地理定位傳感器的控制器和顯示設(shè)備，來(lái)控制所述便攜式地理定位傳感 器，顯示所述感興趣的發(fā)射器的所述位置，以及提供關(guān)于為了增強(qiáng)定位準(zhǔn) 確度在隨后的數(shù)據(jù)采集周期中所述便攜式地理定位傳感器移動(dòng)的方向和 距離的指導(dǎo)。
30. 如權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括利用通信收發(fā)器在所述 便攜式地理定位傳感器和第二便攜式地理定位傳感器之間傳輸通信。
31. 如權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括利用所述定時(shí)信號(hào)接收 器作為輔助GPS服務(wù)器，并發(fā)送GPS輔助數(shù)據(jù)來(lái)輔助第二便攜式地理定 位傳感器捕獲GPS信號(hào)。
32. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述通信收發(fā)器包括網(wǎng)狀通信 收發(fā)器。
33. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述便攜式地理定位傳感器被 配置為通過(guò)利用所述定時(shí)信號(hào)接收器從全球定位系統(tǒng)(GPS)或全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收信號(hào)，來(lái)確定所述便攜式地理定位傳感器的位置。
34. 如權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括 移動(dòng)所述第一便攜式地理定位傳感器到第三位置；以及 在所述第三位置，在第三時(shí)間段期間，利用所述第一便攜式地理定位傳感器接收、加時(shí)間戳和存儲(chǔ)感興趣的發(fā)射器傳輸；其中計(jì)算所述感興趣的發(fā)射器的位置的所述步驟包括利用在所述第 一時(shí)間段、所述第二時(shí)間段以及所述第三時(shí)間段期間存儲(chǔ)的表示所述感興 趣的發(fā)射器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
35. 如權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一時(shí)間段期間 利用所述第一地理定位傳感器和第二地理定位傳感器接收、加時(shí)間戳和存 儲(chǔ)感興趣的發(fā)射器傳輸；其中所述第二地理定位傳感器處于不同于所述第 一位置和所述第二位置的位置，并且其中計(jì)算所述感興趣的發(fā)射器的位置 的所述步驟包括利用在所述第 一時(shí)間段和所述第二時(shí)間段期間存儲(chǔ)的、來(lái) 自所述第一地理定位傳感器和所述第二地理定位傳感器的、表示所述感興 趣的發(fā)射器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
36. 如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第二地理定位傳感器在至 少所述第 一時(shí)間段期間被時(shí)間同步到所述第 一地理定位傳感器。
37. 如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第一地理定位傳感器和所 述第二地理定位傳感器利用每個(gè)傳感器內(nèi)的通信收發(fā)器來(lái)協(xié)調(diào)同時(shí)接收 所述感興趣的發(fā)射器傳輸。
38. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中到達(dá)時(shí)間差(TDOA)測(cè)量通過(guò) 下述步驟來(lái)獲得在初始數(shù)據(jù)采集時(shí)間，在所述第一位置，將所接收的無(wú) 線通信信號(hào)的幀定時(shí)與基于GNSS的幀時(shí)鐘校準(zhǔn)，接著在所述第二位置執(zhí) 行數(shù)據(jù)采集，以及比較在所述第二位置所接收的幀定時(shí)與所述基于GNSS 的幀時(shí)鐘，以得到所迷第一位置和所述第二位置之間的到達(dá)時(shí)間差。
39. —種用于定位感興趣的發(fā)射器(EOI)的系統(tǒng)，其包括便攜式裝置，其包括在一個(gè)接收器處，在第一時(shí)間段期間，在第一位 置處接收、加時(shí)間戳和存儲(chǔ)感興趣的發(fā)射器傳輸，以及在第二時(shí)間段期間， 在第二位置處接收、加時(shí)間戳和存儲(chǔ)感興趣的發(fā)射器傳輸；以及計(jì)算裝置，其包括處理器，以利用在所述第一時(shí)間段和所述第二時(shí)間 段期間存儲(chǔ)的表示所述感興趣的發(fā)射器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來(lái)計(jì)算所述感興趣的 發(fā)射器的位置。
40. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其包括定位感興趣的發(fā)射器的裝置， 所述感興趣的發(fā)射器傳輸達(dá)足夠長(zhǎng)的時(shí)間段，以便所述便攜式裝置能夠被 移動(dòng)并且所述感興趣的發(fā)射器在三個(gè)或更多位置被接收、被加時(shí)間戳和被 存儲(chǔ)。
41. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述便攜式裝置包括用于接收感興趣的發(fā)射器傳輸中的定時(shí)信息的裝置。
42. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述便攜式裝置進(jìn)一步包括 定時(shí)信號(hào)接收器，其被配置為接收定時(shí)信號(hào)；可調(diào)的寬帶接收器，其被配置為接收來(lái)自感興趣的發(fā)射器的信號(hào)；以及信號(hào)處理器，其被配置為對(duì)來(lái)自所述感興趣的發(fā)射器的傳輸加時(shí)間戳。
43. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括用于從無(wú)線通信 系統(tǒng)的基站收發(fā)臺(tái)(BTS)接收傳輸、并定位所述無(wú)線通信系統(tǒng)的所述基 站收發(fā)臺(tái)的裝置。
44. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述便攜式裝置進(jìn)一步包括用 于從基于衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)接收GNSS信號(hào)、并且提供精確的采樣時(shí)鐘信號(hào) 的裝置。
45. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述便攜式裝置進(jìn)一步包括用 于提供穩(wěn)定的頻率參考并且使用所述頻率參考來(lái)描述所述感興趣的發(fā)射 器傳輸?shù)亩〞r(shí)和頻率穩(wěn)定性的裝置。
46. 如權(quán)利要求39所迷的系統(tǒng)，其包括用于接收、加時(shí)間戳、存儲(chǔ) 和處理所接收的來(lái)自所述感興趣的發(fā)射器的傳輸?shù)难b置。
47. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于與控制器和顯示 設(shè)備通過(guò)接口連接的裝置，以允許用戶(hù)控制所述便攜式裝置，顯示所述感 興趣的發(fā)射器的所述位置，以及向所述用戶(hù)提供關(guān)于為了增強(qiáng)定位準(zhǔn)確度 在隨后的數(shù)據(jù)采集周期中所述便攜式地理定位傳感器移動(dòng)的方向和距離的指導(dǎo)。
48. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于在所述便攜式裝 置和第二便攜式裝置之間傳輸通信的通信收發(fā)器。
49. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于提供GPS輔助數(shù) 據(jù)來(lái)輔助第二便攜式裝置的裝置。
50. 如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中所述通信收發(fā)器包括網(wǎng)狀通信 收發(fā)器。
51. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所迷便攜式裝置包括用于通過(guò) 利用來(lái)自全球定位系統(tǒng)(GPS)或全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的信號(hào)來(lái)確 定所述便攜式裝置的位置的裝置。
52. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其包括用于將所述便攜式裝置時(shí)間 同步到第二便攜式裝置的裝置。
53. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其包括用于通過(guò)所述便攜式裝置和 第二便攜式裝置來(lái)協(xié)調(diào)感興趣的發(fā)射器傳輸?shù)耐瑫r(shí)接收的裝置。
54. 如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其包括用于通過(guò)下述步驟來(lái)進(jìn)行到 達(dá)時(shí)間差(TDOA)測(cè)量的裝置在初始數(shù)據(jù)采集時(shí)間、在所述第一位置 將接收的無(wú)線通信信號(hào)的幀定時(shí)與基于GNSS的幀時(shí)鐘校準(zhǔn)，接著在第二 位置執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，以及比較在所述第二位置所接收的幀定時(shí)與所述基于 GNSS的幀時(shí)鐘，以得到所述到達(dá)時(shí)間差。
全文摘要
通過(guò)利用TDOA進(jìn)行的靜止RF發(fā)射器的反復(fù)地理定位可包括使用單個(gè)便攜式地理定位(例如，TDOA)傳感器、一對(duì)便攜式地理定位傳感器以及三個(gè)或更多便攜式地理定位傳感器。將便攜式地理定位傳感器添加到反復(fù)過(guò)程減少了對(duì)于將被定位的信號(hào)的約束，以及提供了獲得提高的定位準(zhǔn)確度所需要的反復(fù)次數(shù)的降低。
文檔編號(hào)G01S1/24GK101568850SQ200780048409
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者杰弗里·F·布爾, 羅伯特·J·安德森, 羅納德·S·勒菲弗 申請(qǐng)人:真實(shí)定位公司