專(zhuān)利名稱(chēng)：廣域定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中的公開(kāi)一般地涉及定位系統(tǒng)。特別地，本公開(kāi)涉及一種廣域定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
像全球定位系統(tǒng)(GPQ這樣的定位系統(tǒng)已使用了許多年。然而，在信號(hào)狀況不佳時(shí)，這些傳統(tǒng)定位系統(tǒng)會(huì)具有劣化的性能。


圖1是根據(jù)實(shí)施例的廣域定位系統(tǒng)的框圖。圖2是根據(jù)實(shí)施例的同步信標(biāo)的框圖。圖3是根據(jù)實(shí)施例的使用轉(zhuǎn)發(fā)器結(jié)構(gòu)的定位系統(tǒng)的框圖。圖4是根據(jù)替選實(shí)施例的使用轉(zhuǎn)發(fā)器結(jié)構(gòu)的定位系統(tǒng)的框圖。圖5示出根據(jù)實(shí)施例的塔同步。圖6是根據(jù)實(shí)施例的GPS規(guī)范的PPS生成器的框圖。圖7是根據(jù)實(shí)施例的GPS規(guī)范的振蕩器。圖8示出根據(jù)實(shí)施例的用于計(jì)數(shù)PPS與使得發(fā)射器的模擬部件能夠發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)之間時(shí)間差的信號(hào)圖。圖9是根據(jù)實(shí)施例的差分WAPS系統(tǒng)的框圖。圖10示出根據(jù)實(shí)施例的公共觀看時(shí)間傳遞。圖11示出根據(jù)實(shí)施例的雙向時(shí)間傳遞。圖12是根據(jù)實(shí)施例的接收器單元的框圖。圖13是根據(jù)實(shí)施例的RF模塊的框圖。圖14示出根據(jù)實(shí)施例的信號(hào)上變頻和/或下變頻。圖15是示出根據(jù)實(shí)施例的定位系統(tǒng)中時(shí)鐘共享的框圖。圖16是根據(jù)實(shí)施例的從WAPS到GNSS接收器的輔助傳遞的框圖。圖17是示出根據(jù)實(shí)施例的從GNSS接收器到WAPS接收器的協(xié)助信息傳遞的框圖。圖18是根據(jù)實(shí)施例的從WAPS接收器提供WAPS輔助信息的實(shí)例結(jié)構(gòu)。圖19是根據(jù)實(shí)施例的用于估計(jì)h[n]中的最早到達(dá)路徑的流程圖。圖20是根據(jù)實(shí)施例的用于估計(jì)參考相關(guān)函數(shù)的流程圖。圖21是根據(jù)實(shí)施例的用于估計(jì)噪聲子空間的流程圖。圖22是根據(jù)替選實(shí)施例的用于估計(jì)噪聲子空間的流程圖。圖23是根據(jù)另一替選實(shí)施例的用于估計(jì)噪聲子空間的流程圖。
圖M是根據(jù)又一替選實(shí)施例的用于估計(jì)噪聲子空間的流程圖。圖25是根據(jù)再一替選實(shí)施例的用于估計(jì)噪聲子空間的流程圖。圖沈是根據(jù)實(shí)施例的使用來(lái)自各種系統(tǒng)的范圍測(cè)量的混合位置估計(jì)的框圖。圖27是根據(jù)實(shí)施例的使用來(lái)自各種系統(tǒng)的位置估計(jì)的混合位置估計(jì)的框圖。圖觀是根據(jù)實(shí)施例的使用來(lái)自各種系統(tǒng)的范圍和位置估計(jì)的組合的混合位置估計(jì)的框圖。圖四是根據(jù)實(shí)施例的用于確定混合位置解的流程圖，其中，反饋來(lái)自WAPS/GNSS 系統(tǒng)的位置/速度估計(jì)以在速度估計(jì)和/或GNSS/WAPS位置的質(zhì)量良好時(shí)不時(shí)幫助校準(zhǔn)傳感器的漂移偏差。圖30是根據(jù)實(shí)施例的用于確定混合位置解的流程圖，其中，在不需要明確返回的情況下作為GNSS和/或WAPS單元中的位置/速度計(jì)算的一部分估計(jì)傳感器參數(shù)(諸如偏差、規(guī)模和漂移)。圖31是根據(jù)實(shí)施例的用于確定混合位置解的流程圖，其中，將傳感器校準(zhǔn)與各位置計(jì)算單元分開(kāi)。圖32是根據(jù)實(shí)施例的用于確定混合位置解的流程圖，其中，作為各位置計(jì)算單元的狀態(tài)的一部分進(jìn)行傳感器參數(shù)估計(jì)。圖33示出根據(jù)實(shí)施例的WAPS與其它系統(tǒng)之間信息的交換。圖34是示出根據(jù)實(shí)施例的FM接收器與WAPS接收器之間地點(diǎn)、頻率和時(shí)間估計(jì)的交換的框圖。圖35是示出根據(jù)實(shí)施例的WLAN/BT收發(fā)器與WAPS接收器之間地點(diǎn)、時(shí)間和頻率估計(jì)的交換的框圖。圖36是示出根據(jù)實(shí)施例的蜂窩收發(fā)器與WAPS接收器之間地點(diǎn)、時(shí)間和頻率估計(jì)的交換的框圖。圖37是根據(jù)實(shí)施例的會(huì)話密鑰設(shè)立的框圖。圖38是根據(jù)實(shí)施例的加密的流程圖。圖39是根據(jù)替選實(shí)施例的加密的安全性架構(gòu)的框圖。
具體實(shí)施例方式描述了用于確定接收器的位置的系統(tǒng)和方法。實(shí)施例的定位系統(tǒng)包括包括廣播定位信號(hào)的發(fā)射器的發(fā)射器網(wǎng)絡(luò)。定位系統(tǒng)包括獲取和跟蹤定位信號(hào)和/或衛(wèi)星信號(hào)的遠(yuǎn)程接收器。衛(wèi)星信號(hào)是基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)的信號(hào)。遠(yuǎn)程接收器的第一模式使用遠(yuǎn)程接收器使用定位信號(hào)和/或衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算位置的基于終端的定位。定位系統(tǒng)包括耦合到遠(yuǎn)程接收器的服務(wù)器。遠(yuǎn)程接收器的第二操作模式包括這樣的基于網(wǎng)絡(luò)的定位服務(wù)器根據(jù)定位信號(hào)和/或衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算遠(yuǎn)程接收器的位置，其中，遠(yuǎn)程接收器接收并向服務(wù)器傳遞定位信號(hào)和/或衛(wèi)星信號(hào)。實(shí)施例的確定位置的方法包括在遠(yuǎn)程接收器處接收定位信號(hào)和衛(wèi)星信號(hào)中至少之一。從包括多個(gè)發(fā)射器的發(fā)射器網(wǎng)絡(luò)接收定位信號(hào)。從基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)接收衛(wèi)星信號(hào)。方法包括使用基于終端的定位和基于網(wǎng)絡(luò)的定位中的一個(gè)確定遠(yuǎn)程接收器的位置。基于終端的定位包括使用定位信號(hào)和衛(wèi)星信號(hào)中至少之一在遠(yuǎn)程接收器處計(jì)算遠(yuǎn)程接收器
4的位置。基于網(wǎng)絡(luò)的定位包括使用定位信號(hào)和衛(wèi)星信號(hào)中至少之一在遠(yuǎn)程服務(wù)器處計(jì)算遠(yuǎn)程接收器的位置。在以下描述中，引入了大量具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)描述的系統(tǒng)和方法的全面理解、以及實(shí)現(xiàn)描述。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到可以在不具有具體細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更多個(gè)細(xì)節(jié)的情況下、或者利用其它部件、系統(tǒng)等實(shí)踐這些實(shí)施例。在其它實(shí)例中，未示出、或者未詳細(xì)描述公知結(jié)構(gòu)或操作，以避免妨礙公開(kāi)的實(shí)施例的方面。圖1是根據(jù)實(shí)施例的定位系統(tǒng)的框圖。定位系統(tǒng)，在本文中也稱(chēng)作廣域定位系統(tǒng) (WAPS)或者“系統(tǒng)”，包括同步信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)、獲取和跟蹤信標(biāo)和/或全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星的接收器單元(可選地，具有地點(diǎn)計(jì)算引擎)、以及包括塔索引、計(jì)費(fèi)接口、專(zhuān)有加密算法 (可選地，地點(diǎn)計(jì)算引擎)的服務(wù)器。系統(tǒng)在操作的許可/未許可波段中操作，并且發(fā)送專(zhuān)有波形以用于標(biāo)定目的和導(dǎo)航目的。可以結(jié)合其它定位系統(tǒng)使用WAPS系統(tǒng)以求較好的地點(diǎn)標(biāo)定方案或者可以使用WAPS系統(tǒng)協(xié)助其它定位系統(tǒng)。在本文件的上下文中，定位系統(tǒng)是標(biāo)定緯度、經(jīng)度和海拔坐標(biāo)中的一個(gè)或更多個(gè)的系統(tǒng)。在本文件中，每當(dāng)引用“GPS”時(shí)，均為GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的較廣泛意義，GNSS可以包括諸如Glonass的其它已有衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及諸如Galileo和Compass/ Beidou的未來(lái)定位系統(tǒng)。圖2是根據(jù)實(shí)施例的同步信標(biāo)的框圖。實(shí)施例的同步信標(biāo)，在本文中也稱(chēng)作信標(biāo)， 形成CDMA網(wǎng)絡(luò)，且每個(gè)信標(biāo)通過(guò)嵌入式輔助數(shù)據(jù)發(fā)送諸如哥爾德(Gold)碼序列的具有良好互相關(guān)屬性的偽隨機(jī)數(shù)(PRN)序列?？商孢x地，可以將來(lái)自每個(gè)信標(biāo)發(fā)射器的序列以 TDMA格式在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)到分開(kāi)的時(shí)隙中。在地面定位系統(tǒng)中，要克服的主要挑戰(zhàn)之一是遠(yuǎn)近問(wèn)題，其中，在接收器處，遠(yuǎn)離的發(fā)射器將會(huì)被附近的發(fā)射器阻塞。為了解決該問(wèn)題，實(shí)施例的信標(biāo)使用CDMA和TDMA技術(shù)的組合，其中，本地發(fā)射器可以使用分開(kāi)的時(shí)隙(TDMA)(可選地，不同碼(CDMA))以減輕遠(yuǎn)近問(wèn)題。將會(huì)允許進(jìn)一步更遠(yuǎn)的發(fā)射器在使用不同CDMA碼的情況下使用相同的TDMA時(shí)隙。這允許系統(tǒng)的廣域可量測(cè)性。TDMA時(shí)隙可以是對(duì)確保的遠(yuǎn)近性能確定性的或者隨機(jī)的以提供良好的平均遠(yuǎn)近性能。還可以使載波信號(hào)偏移一些赫茲(例如，Gold碼重復(fù)頻率的分?jǐn)?shù))，以改進(jìn)碼的互相關(guān)性能以解決任何“遠(yuǎn)近”問(wèn)題。當(dāng)兩個(gè)塔使用相同的TDMA時(shí)隙但是不同的碼時(shí)，可以通過(guò)在檢測(cè)到較弱信號(hào)之前使用較強(qiáng)信號(hào)的干擾消除進(jìn)一步抵抗接收器中的互相關(guān)。TDMA系統(tǒng)中的另一重要參數(shù)是TDMA時(shí)隙時(shí)段(也稱(chēng)為T(mén)DMA幀)。具體地，在WAPS 系統(tǒng)中，TDMA幀持續(xù)時(shí)間是同一發(fā)射器的兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙之間的時(shí)段。通過(guò)覆蓋區(qū)域中定位需要的發(fā)射器時(shí)隙的數(shù)量和TDMA時(shí)隙持續(xù)時(shí)間的乘積確定TDMA幀持續(xù)時(shí)間。通過(guò)靈敏度要求確定TDMA時(shí)隙持續(xù)時(shí)間，雖然靈敏度不必由單個(gè)TDMA時(shí)隙限制。一個(gè)實(shí)例結(jié)構(gòu)可以使用1秒作為T(mén)DMA幀持續(xù)時(shí)間以及IOOms作為T(mén)DMA時(shí)隙持續(xù)時(shí)間。另外，實(shí)施例的信標(biāo)可以使用包括輔助數(shù)據(jù)的前導(dǎo)碼或者可以用于信道估計(jì)和前向檢錯(cuò)和/或校正的信息，以幫助使得數(shù)據(jù)健壯。實(shí)施例的輔助數(shù)據(jù)包括但不限于以下內(nèi)容中的一個(gè)或更多個(gè)在波形脈沖的上升沿或者下降沿的精確系統(tǒng)時(shí)間；塔的地理編碼數(shù)據(jù)(緯度、經(jīng)度和海拔)；區(qū)域中各種發(fā)射器使用的序列的索引和相鄰塔的地理編碼信息； 對(duì)發(fā)射器(可選)和鄰近發(fā)射器的時(shí)鐘定時(shí)校正；本地大氣校正(可選)；WAPS定時(shí)對(duì)于GNSS時(shí)間的關(guān)系(可選)；用以在偽距分辨(resolution)中協(xié)助接收器的城區(qū)、半城區(qū)、鄉(xiāng)村環(huán)境的指示(可選)；以及從索引或PN序列的基本索引至Gold碼序列的偏移。在廣播的發(fā)送數(shù)據(jù)幀中，可以包括這樣的字段包括用以因安全和/或許可管理原因停用單個(gè)或一組接收器的信息。將來(lái)自實(shí)施例的不同信標(biāo)和塔的發(fā)送的發(fā)送波形定時(shí)同步到公共定時(shí)參考?？商孢x地，應(yīng)當(dāng)知道和發(fā)送來(lái)自不同塔的發(fā)送之間的定時(shí)差。以通過(guò)數(shù)據(jù)塊的尺寸和數(shù)量確定的間隔重復(fù)輔助數(shù)據(jù)，將以規(guī)則間隔遞增的定時(shí)消息例外?？梢允褂脤?zhuān)有加密算法加密輔助數(shù)據(jù)，如本文中詳細(xì)描述的。還可以加密擴(kuò)頻碼以求附加的安全性。在預(yù)定義的頻率上變頻和廣播信號(hào)。準(zhǔn)確校準(zhǔn)發(fā)射器中的端到端延遲以確保信標(biāo)之間的差分延遲小于大約3 納秒。在偵聽(tīng)一組發(fā)射器的探測(cè)地點(diǎn)處使用差分WAPS接收器，可以找到對(duì)該組中發(fā)射器的相對(duì)時(shí)鐘校正。優(yōu)化實(shí)施例的塔布置以求覆蓋和地點(diǎn)準(zhǔn)確性。將會(huì)以這樣的方式布置塔的部署 在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)以及網(wǎng)絡(luò)邊緣處得地點(diǎn)中的大多數(shù)地點(diǎn)中從3個(gè)或更多個(gè)塔接收信號(hào)，使得這些地點(diǎn)中每一個(gè)地點(diǎn)中的幾何精度衰減因子(GDOP)小于基于準(zhǔn)確性需要的預(yù)定閾值。將會(huì)增強(qiáng)進(jìn)行RF規(guī)劃研究的軟件程序以包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)中和周?chē)腉DOP的分析。GDOP是接收器位置和發(fā)射器位置的函數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中結(jié)合⑶OP的一個(gè)方法是如下設(shè)立優(yōu)化。要最小化的函數(shù)是覆蓋體積上⑶OP的平方的體積積分。體積積分針對(duì)接收器位置的(x，y，z)坐標(biāo)。 最小化針對(duì)受到這樣的約束的給定覆蓋區(qū)域中的η個(gè)發(fā)射器位置坐標(biāo)(Xl，Y1, Z1)、(x2, y2， z2)、...(xn，yd, zn)它們對(duì) i = 1、…、η 在覆蓋體積 xmin < χ < xmax、ymin < y < ymax> zmin < ζ < Zfflax中，其中，Zmax是覆蓋體積的上限，lin、ymin* ^in是下限?？梢詫⒁钚』暮瘮?shù)寫(xiě)成
權(quán)利要求
1.一種定位系統(tǒng)，包括發(fā)射器網(wǎng)絡(luò)，包括廣播定位信號(hào)的多個(gè)發(fā)射器；遠(yuǎn)程接收器，其獲取和跟蹤所述定位信號(hào)和衛(wèi)星信號(hào)中至少之一，其中，所述衛(wèi)星信號(hào)是基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)的信號(hào)，其中，所述遠(yuǎn)程接收器的第一操作模式包括基于終端的定位，在該基于終端的定位中，所述遠(yuǎn)程接收器根據(jù)所述定位信號(hào)和所述衛(wèi)星信號(hào)中至少之一計(jì)算所述遠(yuǎn)程接收器的位置；以及服務(wù)器，其耦合到所述遠(yuǎn)程接收器，其中，所述遠(yuǎn)程接收器的第二操作模式包括基于網(wǎng)絡(luò)的定位，在該基于網(wǎng)絡(luò)的定位中，所述服務(wù)器根據(jù)所述定位信號(hào)和所述衛(wèi)星信號(hào)中至少之一計(jì)算所述遠(yuǎn)程接收器的位置，其中，所述遠(yuǎn)程接收器接收并向所述服務(wù)器傳遞所述定位信號(hào)和所述衛(wèi)星信號(hào)中至少之一。
2.一種確定位置的方法，包括在遠(yuǎn)程接收器處接收定位信號(hào)和衛(wèi)星信號(hào)中至少之一，其中，從包括多個(gè)發(fā)射器的發(fā)射器網(wǎng)絡(luò)接收所述定位信號(hào)，其中，從基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)接收所述衛(wèi)星信號(hào)；以及使用基于終端的定位和基于網(wǎng)絡(luò)的定位之一確定所述遠(yuǎn)程接收器的位置，其中，基于終端的定位包括使用所述定位信號(hào)和所述衛(wèi)星信號(hào)中至少之一在所述遠(yuǎn)程接收器處計(jì)算所述遠(yuǎn)程接收器的位置，其中，基于網(wǎng)絡(luò)的定位包括使用所述定位信號(hào)和所述衛(wèi)星信號(hào)中至少之一在遠(yuǎn)程服務(wù)器處計(jì)算所述遠(yuǎn)程接收器的位置。
全文摘要
描述了用于確定接收器的位置的系統(tǒng)和方法。定位系統(tǒng)包括包含廣播定位信號(hào)的發(fā)射器的發(fā)射器網(wǎng)絡(luò)。定位系統(tǒng)包括獲取和跟蹤定位信號(hào)和/或衛(wèi)星信號(hào)的遠(yuǎn)程接收器。衛(wèi)星信號(hào)是基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)的信號(hào)。遠(yuǎn)程接收器的第一模式使用遠(yuǎn)程接收器使用定位信號(hào)和/或衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算位置的基于終端的定位。定位系統(tǒng)包括耦合到遠(yuǎn)程接收器的服務(wù)器。遠(yuǎn)程接收器的第二操作模式包括服務(wù)器根據(jù)定位信號(hào)和/或衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算遠(yuǎn)程接收器的位置的基于網(wǎng)絡(luò)的定位，其中，遠(yuǎn)程接收器接收并向服務(wù)器傳遞定位信號(hào)和/或衛(wèi)星信號(hào)。
文檔編號(hào)H04W84/06GK102204396SQ200980142392
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者加內(nèi)什·帕塔比拉曼, 哈里·?？? 蘇布拉馬尼安·梅亞潘, 阿倫·拉古帕蒂 申請(qǐng)人:科姆拉布斯公司