專利名稱：用于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)確定位置的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于使用播放的諸如無(wú)線電和電視信號(hào)的“機(jī)會(huì)信號(hào)”來(lái)確定 位置和時(shí)鐘偏移量的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
確定位置對(duì)于提供到最近的小區(qū)塔(cell tower)或其他網(wǎng)絡(luò)裝置的切換功能的 高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)而言是關(guān)鍵的。此外，位置對(duì)于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)精確傳遞時(shí)間而言是關(guān)鍵的。只要 在遠(yuǎn)程位置的天線具有足夠清晰的天空視野，GNSS接收機(jī)就可以提供位置信息。但是，在 不具有這樣的天空視野的遠(yuǎn)程位置，以及尤其在可能位于建筑物或其他嚴(yán)酷環(huán)境中的遠(yuǎn)程 裝置，位置信息對(duì)于GNSS解決方案是必要的。在授權(quán)給Counselman的美國(guó)專利6，492，945中描述了一種使用機(jī)會(huì)信號(hào)確定位 置的方法。Counselman方法確定正在移動(dòng)的無(wú)線接收機(jī)的瞬時(shí)位置，并且采用雙差載波相 位測(cè)量。但是，為了精確位置，Counselman系統(tǒng)必須克服的障礙是載波周期非單值性。

發(fā)明內(nèi)容
用于提供位置信息的方法和系統(tǒng)使用了現(xiàn)有的播放的機(jī)會(huì)信號(hào)，如AM或FM無(wú)線 電信號(hào)、電視信號(hào)、地球同步通信衛(wèi)星的信號(hào)等，以及更具體地，機(jī)會(huì)信號(hào)的調(diào)制。該方法和 系統(tǒng)使用調(diào)制信號(hào)的實(shí)質(zhì)上偽隨機(jī)特征，以無(wú)歧義地建立機(jī)會(huì)信號(hào)的達(dá)到時(shí)間。使用來(lái)自 多個(gè)機(jī)會(huì)信號(hào)發(fā)射機(jī)的信號(hào)，遠(yuǎn)程接收機(jī)可以精確地確定它們的位置。多個(gè)機(jī)會(huì)信號(hào)發(fā)射機(jī)(下面稱為“S0P發(fā)射機(jī)”)的位置對(duì)于遠(yuǎn)程接收機(jī)以及具有 時(shí)鐘和至少兩維的已知位置的基站接收機(jī)是已知的或容易得到的?；窘邮諜C(jī)使用已知的 位置計(jì)算到各S0P發(fā)射機(jī)的距離，并且向遠(yuǎn)程接收機(jī)提供該距離?；窘邮諜C(jī)還取得由各 S0P發(fā)射機(jī)發(fā)射的機(jī)會(huì)信號(hào)的樣本，用接收時(shí)間對(duì)信號(hào)樣本進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記，并且經(jīng)由通信網(wǎng) 絡(luò)向遠(yuǎn)程接收機(jī)提供時(shí)間標(biāo)記后的信號(hào)。遠(yuǎn)程接收機(jī)在重疊的時(shí)間段對(duì)多個(gè)機(jī)會(huì)信號(hào)的樣本進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記和存儲(chǔ)。遠(yuǎn)程接 收機(jī)將接收到的時(shí)間標(biāo)記后的信號(hào)樣本與所存儲(chǔ)的信號(hào)關(guān)聯(lián)，并且確定各時(shí)間標(biāo)記后的信 號(hào)的時(shí)間偏移量。給定機(jī)會(huì)信號(hào)的時(shí)間偏移量基于基站接收機(jī)和各遠(yuǎn)程接收機(jī)相對(duì)于該 S0P發(fā)射機(jī)的位置的差，以及在基站接收機(jī)和各遠(yuǎn)程接收機(jī)處的時(shí)鐘之間的差，即，遠(yuǎn)程接 收機(jī)的時(shí)鐘偏移量。給定遠(yuǎn)程接收機(jī)使用根據(jù)由至少三個(gè)S0P發(fā)射機(jī)廣播的機(jī)會(huì)信號(hào)在基 站接收機(jī)和遠(yuǎn)程接收機(jī)處的達(dá)到時(shí)間而計(jì)算出的偽距離，來(lái)確定該遠(yuǎn)程接收機(jī)的二維位置 和時(shí)鐘偏移量。
視情況而定，系統(tǒng)可以使用基站接收機(jī)的三維位置和SOP發(fā)射機(jī)的三維位置，并 且使用由四個(gè)或更多個(gè)SOP發(fā)射機(jī)發(fā)射的機(jī)會(huì)信號(hào)確定遠(yuǎn)程接收機(jī)的三維位置及相關(guān)聯(lián) 的時(shí)鐘偏移量。此外或替代地，基站接收機(jī)和遠(yuǎn)程接收機(jī)可以包括空氣壓力傳感器，并且基于遠(yuǎn) 程接收機(jī)和基站接收機(jī)之間的空氣壓力差可以確定遠(yuǎn)程接收機(jī)相對(duì)于基站接收機(jī)的海拔 高度。由于基站接收機(jī)的海拔高度是已知的，因此以這種方式可以確定給定遠(yuǎn)程接收機(jī)的 實(shí)際海拔高度，達(dá)到1或2米內(nèi)的程度。


本發(fā)明下面的描述將參照附圖，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的系統(tǒng)的功能性框圖；圖2示出了信號(hào)樣本序列；圖3是示出了距離、偽距離、距離偏移量和距離偏差的示圖；以及圖4是圖1中系統(tǒng)的功能性框圖，其中接收機(jī)進(jìn)一步包括壓力傳感器。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，基準(zhǔn)接收機(jī)或基站接收機(jī)20 (以下稱為“基站接收機(jī)”)和遠(yuǎn)程接收機(jī) 22p222. . . 22 連接到通信網(wǎng)絡(luò)24，例如，因特網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)。各個(gè)接收機(jī)接收從位置已知的 多個(gè)大功率輻射器26i、262. . . 26j(即AM/FM無(wú)線電發(fā)射機(jī)、信標(biāo)發(fā)射機(jī)、電視站發(fā)射機(jī)、地 球同步通信衛(wèi)星等)廣播的信號(hào)，該多個(gè)大功率輻射器26i、262. . . 26」具有覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或 部分網(wǎng)絡(luò)的各自的服務(wù)區(qū)。由于廣播信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量、傳輸位置已知和連續(xù)的廣播而被選擇的廣播信號(hào)是 “機(jī)會(huì)信號(hào)”，即，以各種頻率并且出于例如傳輸隨機(jī)會(huì)話或?qū)υ挼哪康亩鴱V播的信號(hào)。這些 是預(yù)存在的信號(hào)，它們不是為了確定位置和/或時(shí)間或時(shí)鐘偏移量而特定設(shè)計(jì)和操作的。 這與GNSS信號(hào)形成對(duì)照，例如，GNSS信號(hào)是為了向地球上的無(wú)線電接收機(jī)提供位置、速度 和時(shí)間而特定設(shè)計(jì)的。由GNSS衛(wèi)星以相同的頻率廣播的GNSS信號(hào)攜帶用于該目的的特定 代碼。此外，與用于確定位置和/或時(shí)間或時(shí)鐘偏移量的已知系統(tǒng)相比，當(dāng)前系統(tǒng)不使用調(diào) 制到廣播信號(hào)上的數(shù)據(jù)或信息內(nèi)容。相反，當(dāng)前系統(tǒng)采用調(diào)制信號(hào)的頻率含量。輻射器下 文被稱為“SOP發(fā)射機(jī)”。SOP發(fā)射機(jī)26i、262. . . 26」的位置通常是已知的，或者可以根據(jù)注冊(cè)機(jī)構(gòu)(例如， U.S. Federal Communications Commission (美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)))提供的信息而容易地 確定。信息可以例如可經(jīng)由因特網(wǎng)得到。網(wǎng)絡(luò)24可以向基站和遠(yuǎn)程接收機(jī)提供可用機(jī)會(huì) 信號(hào)的列表，并且/或者系統(tǒng)可以針對(duì)它們的載波頻率穩(wěn)定性、調(diào)制后的頻率含量、空間多 樣性(spacialdiversity)并且基于在各接收機(jī)處信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)度，來(lái)選擇特定的機(jī)會(huì)信號(hào)。值得注意的是，廣播的機(jī)會(huì)信號(hào)具有足夠低的頻率，以具有卓越的建筑物穿透性。 因此，遠(yuǎn)程接收機(jī)不需要具有特別好的天空視野，相反必須對(duì)所選擇的廣播的機(jī)會(huì)信號(hào)有 相對(duì)良好的接收。此外，使用這種低頻信號(hào)使得接收機(jī)能夠用可配置的前端濾波器(例如， 充電的電容濾波器或數(shù)字FIR濾波器)進(jìn)行掃描，以找到最佳候選機(jī)會(huì)信號(hào)。該系統(tǒng)通過(guò)從注冊(cè)機(jī)構(gòu)和/或區(qū)域拓?fù)鋱D、測(cè)量圖等可得的信息，可以得到各個(gè)
6基于地面的SOP發(fā)射機(jī)26,的XS(M、YS(M、ZS()Pi位置坐標(biāo)?；窘邮諜C(jī)20的位置在至少兩維 (即，Xbase，Ybase)中是已知的，并且可以在三維(即，Zbase)中是已知的。此外，基站接收機(jī)具 有由基站接收機(jī)時(shí)鐘21提供的時(shí)間，基站接收機(jī)時(shí)鐘21可以但是不必需與基準(zhǔn)源(例如， GNSS或UTC時(shí)間)同步。遠(yuǎn)程接收機(jī)22”222. 22n的位置可以未知，并且它們的時(shí)鐘23” 232. . . 23n相對(duì)于基站接收機(jī)時(shí)鐘的時(shí)鐘偏移量可以是未知的。優(yōu)選地，基站接收機(jī)具有足夠清晰的視野以使用GNSS衛(wèi)星信號(hào)確定其三維位置。 否則，基站接收機(jī)的位置坐標(biāo)必須由例如在安裝基站接收機(jī)期間從手持GPS接收機(jī)獲得的 GNSS衛(wèi)星信息，通過(guò)勘察和/或通過(guò)使用拓?fù)鋱D來(lái)獲知。使用已知的位置坐標(biāo)，基站接收機(jī)20按照以下計(jì)算到各所選SOP發(fā)射機(jī)26i的距 罔對(duì)于二維解， 或者，對(duì)于三維解，
_6] 對(duì)于相對(duì)于基站和遠(yuǎn)程接收機(jī)之間的距離很遠(yuǎn)的SOP發(fā)射機(jī)26i，可以使用方向矢 量確定相對(duì)于基站接收機(jī)的距離。例如，方向矢量與SOP發(fā)射機(jī)(如，地球同步通信衛(wèi)星、 可以是相距數(shù)千英里的信標(biāo)發(fā)射機(jī)等)一起使用。基站接收機(jī)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)24向遠(yuǎn)程接 收機(jī)提供計(jì)算出的距離。還參見(jiàn)圖2，對(duì)于給定SOP發(fā)射機(jī)26i，基站接收機(jī)20取得所廣播的機(jī)會(huì)信號(hào)的樣 本序列200，并且用在基站接收機(jī)的接收時(shí)間對(duì)該序列進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記。該序列可以是轉(zhuǎn)瞬間 (a second long)或更長(zhǎng)的片段，例如，1/4秒長(zhǎng)。視情況而定，基站接收機(jī)可以連續(xù)或按預(yù) 定時(shí)間取得樣本?；窘邮諜C(jī)可以對(duì)序列中的各樣本(第一樣本或某些樣本)進(jìn)行時(shí)間標(biāo) 記。然后，基站接收機(jī)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)24向遠(yuǎn)程接收機(jī)22發(fā)送時(shí)間標(biāo)記后的序列。基站接 收機(jī)可以壓縮該序列，以便易于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)送。遠(yuǎn)程接收機(jī)22i基于遠(yuǎn)程接收機(jī)的本地時(shí)鐘23i類似地保存所廣播的機(jī)會(huì)信號(hào)的 樣本并且利用接收時(shí)間對(duì)所廣播的機(jī)會(huì)信號(hào)的樣本進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記。視情況而定，遠(yuǎn)程接收 機(jī)可以保存長(zhǎng)度與該樣本序列相同或比該樣本序列的長(zhǎng)度稍長(zhǎng)的信號(hào)段的樣本，以確保捕 獲對(duì)應(yīng)的信號(hào)樣本。遠(yuǎn)程接收機(jī)將從基站接收機(jī)20接收的樣本序列與所保存的時(shí)間標(biāo)記 后的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，使得信號(hào)樣本對(duì)準(zhǔn)，并且確定時(shí)間偏移量T0i T0, = T-H-T—te-i其中，是由SOP發(fā)射機(jī)26i發(fā)射的樣本序列在基站接收機(jī)的接收時(shí)間，而 T—-i是該序列在遠(yuǎn)程接收機(jī)處的接收時(shí)間。時(shí)間偏移量基于基站接收機(jī)和遠(yuǎn)程接收機(jī)相 對(duì)于S0P發(fā)射機(jī)26i的位置的差，以及遠(yuǎn)程接收機(jī)的時(shí)鐘偏移量。遠(yuǎn)程接收機(jī)的時(shí)鐘偏移 量是遠(yuǎn)程接收機(jī)的時(shí)鐘和基站接收機(jī)的時(shí)鐘之間的時(shí)間差。遠(yuǎn)程接收機(jī)22i使用所接收的具有多種頻率含量的樣本序列200 (如，與例如會(huì)話 的特定比特的廣播信號(hào)中的變化相對(duì)應(yīng)的序列，該廣播信號(hào)與背景信號(hào)不同并且不是有規(guī) 律地重復(fù))，來(lái)確定時(shí)間偏移量。因此，調(diào)制后的信號(hào)具有可以被該系統(tǒng)利用的偽隨機(jī)特性。這些序列表示“調(diào)制事件”，并且所保存的調(diào)制事件與所接收的調(diào)制事件的對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)生了具有 基本上為三角形的相關(guān)函數(shù)，即具有單個(gè)相關(guān)峰的相關(guān)函數(shù)。對(duì)應(yīng)于重復(fù)聲音(例如，某些 音樂(lè)片段)的序列不用于確定時(shí)間偏移量，因?yàn)殛P(guān)聯(lián)的相關(guān)函數(shù)具有多個(gè)峰，因此，將不能 足夠精確地確定時(shí)間偏移量。遠(yuǎn)程接收機(jī)22i把接收到的樣本序列200，或調(diào)制事件與所保存的時(shí)間標(biāo)記后的信 號(hào)樣本數(shù)據(jù)順序地相關(guān)聯(lián)，并且選擇所保存的產(chǎn)生了最高相關(guān)值的數(shù)據(jù)。然后，遠(yuǎn)程接收機(jī) 如上所述地確定時(shí)間偏移量。通過(guò)用基站接收機(jī)20提供的后續(xù)調(diào)制事件重復(fù)該處理，來(lái)驗(yàn) 證時(shí)間偏移量值。為了提高相關(guān)精度，遠(yuǎn)程接收機(jī)22i可以對(duì)解調(diào)樣本收集處理的相位進(jìn)行微調(diào)。在 基站接收機(jī)20處和在遠(yuǎn)程接收機(jī)22i處得到的樣本可能是在稍微不同的時(shí)間得到的，因?yàn)?樣本是相對(duì)于接收機(jī)的時(shí)鐘而得到的。因此，用依賴于最佳匹配的關(guān)聯(lián)處理(即，選擇最高 相關(guān)值)進(jìn)行的時(shí)間對(duì)準(zhǔn)的精度基本上受到采樣率的限制。為了提高精度，遠(yuǎn)程接收機(jī)進(jìn) 行微調(diào)，以驅(qū)使在遠(yuǎn)程接收機(jī)處的采樣時(shí)間更接近在基站接收機(jī)處的采樣時(shí)間。因此，遠(yuǎn)程接收機(jī)22i確定在相關(guān)函數(shù)峰的任意一側(cè)的相關(guān)值(即，較早相關(guān)值和 較晚相關(guān)值)是否基本對(duì)稱。如果不對(duì)稱，則遠(yuǎn)程接收機(jī)以較早或較晚相關(guān)值中較大者的 方向移動(dòng)樣本收集處理的相位，即，采樣時(shí)鐘。遠(yuǎn)程接收機(jī)可以在每次執(zhí)行分析時(shí)將相位改 變預(yù)定量。另選地，遠(yuǎn)程接收機(jī)可以將相位改變與較早相關(guān)值和較晚相關(guān)值的差的大小相 對(duì)應(yīng)的量。在確定較早和較晚相關(guān)輸出值是否基本對(duì)稱之前，遠(yuǎn)程接收機(jī)22i可以在進(jìn)行 比較之前通過(guò)例如，在連續(xù)序列上對(duì)相關(guān)輸出值進(jìn)行平均來(lái)對(duì)相關(guān)輸出值進(jìn)行濾波。當(dāng)在 遠(yuǎn)程接收機(jī)中的采樣收集處理的相位對(duì)準(zhǔn)到對(duì)于基站接收機(jī)中的采樣收集處理的機(jī)會(huì)信 號(hào)的一個(gè)波長(zhǎng)之內(nèi)時(shí)，解決了基站接收機(jī)和遠(yuǎn)程接收機(jī)中的跟蹤信道之間的載波周期非單 值性，并且甚至可以更精確地確定位置。基站接收機(jī)20計(jì)算到所選的多個(gè)SOP發(fā)射機(jī)26的距離，并且遠(yuǎn)程接收機(jī)對(duì) 于二維解計(jì)算至少三個(gè)機(jī)會(huì)信號(hào)的相應(yīng)時(shí)間偏移量，以及對(duì)于三維解計(jì)算至少四個(gè)機(jī)會(huì)信 號(hào)的相應(yīng)時(shí)間偏移量。優(yōu)選地，選擇各機(jī)會(huì)信號(hào)，使得它們具有特殊的多樣性，即，SOP發(fā)射 機(jī)的位置在相對(duì)于相應(yīng)遠(yuǎn)程接收機(jī)的位置的不同方向鋪開(kāi)?，F(xiàn)在還參照?qǐng)D3，遠(yuǎn)程接收機(jī)22i通過(guò)將時(shí)間偏移量TOi乘以光速度，來(lái)將時(shí)間偏 移量轉(zhuǎn)換成以米為單位的距離偏移量R0”給定距離偏移量ROi包括距離偏差分量Rb和距 離分量，其中，距離偏差分量Rb基于在遠(yuǎn)程接收機(jī)處未知的時(shí)鐘偏移量，并且距離分量基 于基站接收機(jī)20和遠(yuǎn)程接收機(jī)相對(duì)于S0P發(fā)射機(jī)26i的位置差。距離偏差分量對(duì)于各機(jī) 會(huì)信號(hào)是相同的，并且是將要通過(guò)遠(yuǎn)程接收機(jī)求出的未知量。距離分量包括在遠(yuǎn)程接收機(jī) 的未知位置坐標(biāo)中，即，XM。t6、Yreffl0te和ZM。t6，并且也通過(guò)遠(yuǎn)程接收機(jī)來(lái)求出。從S0P發(fā)射機(jī)26,到遠(yuǎn)程接收機(jī)的偽距離是 如所討論的，距離偏移量R0i包括距離偏差Rb和距離分量。因此，遠(yuǎn)程接收機(jī)的 位置和時(shí)鐘偏移量是通過(guò)將所計(jì)算出的偽距離和S0P發(fā)射機(jī)26i的已知的XS0Pi，YS0P和ZSQPi 坐標(biāo)代入下式對(duì)于二維解，
或者，對(duì)于三維解， 其中，對(duì)于二維解N≥3，而對(duì)于三維解N≥4。按照下式根據(jù)距離偏移量確定相 對(duì)于基站接收機(jī)的時(shí)鐘偏移量 其中，C是光速度。通過(guò)下述方式來(lái)計(jì)算所述解形成各個(gè)所選SOP發(fā)射機(jī)的偽距離方程，并且以已 知方式同時(shí)求解方程組，以確定未知的以及三維解中的Zrem0teO有多少個(gè)要 求解的未知量就必須形成有至少多少個(gè)方程。因此，對(duì)于二維解，必須形成至少三個(gè)方程。 對(duì)于三維，需要至少四個(gè)方程。只要遠(yuǎn)程接收機(jī)能夠緩沖足夠的樣本以補(bǔ)償從基站傳遞時(shí)間標(biāo)記后的采樣數(shù)據(jù) 的期望最大延遲，就可以確定遠(yuǎn)程接收機(jī)22i的位置。啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)24的最大數(shù) 據(jù)傳遞延遲，來(lái)設(shè)置在遠(yuǎn)程接收機(jī)處的時(shí)間。例如，如果使用因特網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)，則最大 數(shù)據(jù)傳遞延遲比一秒小得多，并且為了遠(yuǎn)程接收機(jī)將它們的時(shí)鐘設(shè)置為一個(gè)時(shí)間，該時(shí)間 是在來(lái)自基站接收機(jī)的消息中接收到、因延遲而調(diào)節(jié)的時(shí)間。遠(yuǎn)程接收機(jī)保存2或3秒的 信號(hào)樣本，使得遠(yuǎn)程接收機(jī)可以容忍高達(dá)三秒的延遲，以把從基站接收機(jī)接收的時(shí)間標(biāo)記 后的樣本與所保存的時(shí)間標(biāo)記后的樣本對(duì)準(zhǔn)。如果需要三維位置，假如在各SOP發(fā)射機(jī)、基站接收機(jī)和遠(yuǎn)程接收機(jī)的海拔高度 具有足夠的差別，則系統(tǒng)可以使用來(lái)自至少四個(gè)SOP發(fā)射機(jī)26i的機(jī)會(huì)信號(hào)。可替換地，系 統(tǒng)可以使用該地區(qū)的數(shù)字模型和迭代處理以根據(jù)基站接收機(jī)的已知的二維或三維位置，來(lái) 確定三維位置。如果使用模型，則假如根據(jù)例如，GNSS信號(hào)或其它已知信號(hào)不能確定海拔 高度，系統(tǒng)首先根據(jù)相關(guān)聯(lián)的拓?fù)鋱D確定基站接收機(jī)的海拔高度。系統(tǒng)還根據(jù)該圖確定平 均海拔高度，并且將ZM。te坐標(biāo)設(shè)置為平均值?；窘邮諜C(jī)確定到各SOP發(fā)射機(jī)的三維距離，并且向遠(yuǎn)程接收機(jī)提供該距離。遠(yuǎn) 程接收機(jī)按照如上所述的方式確定它們的三維位置，但是將它們的Z—限制于平均海拔 高度坐標(biāo)。然后，通過(guò)使用它們的計(jì)算出的XM。te和YM。te坐標(biāo)，遠(yuǎn)程接收機(jī)根據(jù)數(shù)字海拔 高度圖，來(lái)內(nèi)插更精確的ZM。te。重復(fù)該處理直到解收斂。即，然后，系統(tǒng)內(nèi)插結(jié)果并且分配 遠(yuǎn)程接收機(jī)新的海拔高度，確定遠(yuǎn)程接收機(jī)的XM。te和YM。te坐標(biāo)，同時(shí)限制更精確的Z— 值，等等，直到在迭代中計(jì)算出的和內(nèi)插的位置坐標(biāo)相對(duì)于之前的迭代不顯著變化。一旦確定了遠(yuǎn)程接收機(jī)的位置和時(shí)鐘偏移量，系統(tǒng)可以將遠(yuǎn)程接收機(jī)時(shí)鐘同步到 基站接收機(jī)時(shí)鐘，并且使用位置，以在系統(tǒng)提供精確的時(shí)間傳遞。基站接收機(jī)可以與基準(zhǔn)時(shí)間(如GNSS時(shí)間或UTC時(shí)間)進(jìn)行時(shí)間同步，因此，在 遠(yuǎn)程接收機(jī)處確定的時(shí)鐘誤差是相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)鐘誤差。代替提供距離信息或除了提供距離信息之外，基站接收機(jī)可以計(jì)算樣本序列的發(fā) 射時(shí)間，并且將該發(fā)射時(shí)間與樣本一起提供給遠(yuǎn)程接收機(jī)22i。然后，遠(yuǎn)程接收機(jī)基于相對(duì)于計(jì)算出的發(fā)射時(shí)間的時(shí)間偏移離(即，所接收到的計(jì)算出的發(fā)射時(shí)間和在遠(yuǎn)程接收機(jī)處 序列的接收時(shí)間之間的時(shí)間差)確定其偽距離。因此，以米為單位的偽距離是乘以了光速 后的時(shí)間偏移量。然后，遠(yuǎn)程接收機(jī)按照上述方式基于為多個(gè)SOP發(fā)射機(jī)計(jì)算出的偽距離 計(jì)算其位置。對(duì)于具有甚至更嚴(yán)格的頻率同步要求的應(yīng)用，基站接收機(jī)20可以向遠(yuǎn)程接收機(jī) 22,提供與廣播的機(jī)會(huì)信號(hào)相關(guān)聯(lián)的相位信息來(lái)代替或另外向遠(yuǎn)程接收機(jī)22,提供與廣播 的機(jī)會(huì)信號(hào)相關(guān)聯(lián)的相位信息，使得遠(yuǎn)程接收機(jī)可以鎖相到基站基準(zhǔn)頻率。為此，基站接 收機(jī)以已知方式工作并且使用它選擇的基準(zhǔn)頻率源(如GPS衛(wèi)星信息)，以確定實(shí)際時(shí)鐘 頻率。然后，基站接收機(jī)鎖相到廣播的機(jī)會(huì)信號(hào)，并且對(duì)SOP載波的視在頻率連續(xù)地積分 (integrate)。周期性地，例如每1秒，基站接收機(jī)測(cè)量累計(jì)的頻率積分值，以提供包括整數(shù) 和分?jǐn)?shù)載波周期分量的SOP相位測(cè)量。以預(yù)定間隔進(jìn)行相位測(cè)量，如相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間和頻 率以秒為間隔?？梢跃_地測(cè)量分?jǐn)?shù)周期分量，但是，整數(shù)周期分量具有必須由基站接收機(jī)分配的 任意起始值?；窘邮諜C(jī)20已經(jīng)使用其時(shí)鐘21 (該時(shí)鐘可以是依賴于GNSS的頻率控制)， 以確定相位測(cè)量的定時(shí)，因此，相位測(cè)量基于要分發(fā)的基準(zhǔn)頻率?；窘邮諜C(jī)向遠(yuǎn)程接收機(jī) 22” .. 22 提供相位信息，該相位信息包括整數(shù)和分?jǐn)?shù)載波周期分量、測(cè)量時(shí)間和識(shí)別SOP發(fā) 射機(jī)的例如站標(biāo)識(shí)符、標(biāo)稱的站頻率等的信息。另外，基站接收機(jī)可以發(fā)送涉及信號(hào)質(zhì)量和/ 或基站接收機(jī)跟蹤操作的信息，如信噪比、自從獲取開(kāi)始的秒數(shù)、最后的鎖中斷、或周跳等。給定的遠(yuǎn)程接收機(jī)22i類似地鎖相到廣播的機(jī)會(huì)信號(hào)，類似地對(duì)它感知的SOP載 波頻率進(jìn)行連續(xù)積分，并且類似地以從遠(yuǎn)程接收機(jī)的基準(zhǔn)頻率得到的采樣率周期性地采樣 S0P頻率積分處理的相位。遠(yuǎn)程接收機(jī)將其S0P相位測(cè)量與基站接收機(jī)的相比較，以建立基 站接收機(jī)和遠(yuǎn)程接收機(jī)之間的頻率差。基于從基站接收機(jī)接收的第一計(jì)數(shù)，遠(yuǎn)程接收機(jī)將 它的整數(shù)周期計(jì)數(shù)設(shè)置為基站接收機(jī)所設(shè)置的計(jì)數(shù)，并且調(diào)整其時(shí)鐘的頻率，使得在遠(yuǎn)程 處的相位測(cè)量與在基站處的相同。遠(yuǎn)程接收機(jī)基于從基站接收機(jī)接收的隨后相位測(cè)量，作 為在基站接收機(jī)處和遠(yuǎn)程接收機(jī)處進(jìn)行的相位測(cè)量之間的變化率而確定頻率誤差。然后， 遠(yuǎn)程接收機(jī)使用計(jì)算出的頻率誤差將其時(shí)鐘頻率同步到基站接收機(jī)時(shí)鐘的頻率，即，基準(zhǔn) 頻率。視情況而定，遠(yuǎn)程接收機(jī)還可以使用同步的時(shí)鐘，以確定它們的位置。在圖4中所示的替代結(jié)構(gòu)中，基站接收機(jī)20和遠(yuǎn)程接收機(jī)22包括空氣壓力傳感 器41和43?；窘邮諜C(jī)具有已知海拔高度，并且向遠(yuǎn)程接收機(jī)提供其空氣壓力傳感器讀 數(shù)。然后，給定遠(yuǎn)程接收機(jī)基于在兩個(gè)接收機(jī)處的空氣壓力傳感器讀數(shù)之間的差以及標(biāo)準(zhǔn) 空氣密度梯度曲線(如，在航空氣壓測(cè)高儀中使用的)確定其相對(duì)于基站接收機(jī)的海拔高 度。因此，遠(yuǎn)程接收機(jī)可以確定其實(shí)際海拔高度，以達(dá)到在1或2米內(nèi)的程度，這足以確定 例如遠(yuǎn)程接收機(jī)位于建筑物的哪一層。因此，可以使用較低成本的傳感器來(lái)確定遠(yuǎn)程接收 機(jī)的海拔高度，達(dá)到應(yīng)急人員使用或移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)擁擠分析所要求的精確度。這里描述的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是使用廣播的機(jī)會(huì)信號(hào)在不必解決載波周期非單值性的 情況下確定遠(yuǎn)程接收機(jī)的精確位置。通信網(wǎng)絡(luò)可以是有線的或無(wú)線的。S0P發(fā)射機(jī)的已知 位置可以是軌跡式的而不是固定的位置。例如，如果系統(tǒng)可以確定發(fā)射機(jī)的位置的速度矢 量，則S0P發(fā)射機(jī)可以從移動(dòng)平臺(tái)(如，車輛、飛行器、船或衛(wèi)星)進(jìn)行發(fā)送。對(duì)于衛(wèi)星發(fā)射 機(jī)，例如，必須容易地獲得軌道星歷參數(shù)。遠(yuǎn)程接收機(jī)可以是移動(dòng)的或固定位置的接收機(jī)。
權(quán)利要求
一種使用由至少三個(gè)位置已知的發(fā)射機(jī)發(fā)射的機(jī)會(huì)信號(hào)確定位置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有時(shí)鐘并且位置已知的基站接收機(jī)，該基站接收機(jī)計(jì)算到至少三個(gè)所述發(fā)射機(jī)的距離并且采樣所述機(jī)會(huì)信號(hào)，用接收時(shí)間、發(fā)射時(shí)間或它們兩者對(duì)樣本進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記，并且經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送相應(yīng)的時(shí)間標(biāo)記后的樣本序列；一個(gè)或更多個(gè)遠(yuǎn)程接收機(jī)，該一個(gè)或更多個(gè)遠(yuǎn)程接收機(jī)經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)接收信息，各遠(yuǎn)程接收機(jī)保存所述機(jī)會(huì)信號(hào)的樣本并且對(duì)所述機(jī)會(huì)信號(hào)的樣本進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記；將經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)接收的時(shí)間標(biāo)記后的樣本序列與所保存的時(shí)間標(biāo)記后的樣本進(jìn)行關(guān)聯(lián)；針對(duì)所述至少三個(gè)發(fā)射機(jī)中各個(gè)發(fā)射機(jī)，作為在所述遠(yuǎn)程接收機(jī)的接收時(shí)間與下述二者中的任意一個(gè)或二者的差而確定相關(guān)聯(lián)的時(shí)間偏移量該發(fā)射機(jī)的發(fā)射時(shí)間和在所述基站接收機(jī)的接收時(shí)間，以及通過(guò)基于所述時(shí)間偏移量確定到所述至少三個(gè)發(fā)射機(jī)的偽距離，來(lái)確定位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述基站接收機(jī)向所述一個(gè)或更多個(gè)遠(yuǎn)程接收機(jī)發(fā)送所計(jì)算出的距離，并且所述遠(yuǎn)程接收機(jī)將所述距離用于確定偽距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，給定遠(yuǎn)程接收機(jī)按照減去了距離偏移量后的所 述基站接收機(jī)到給定發(fā)射機(jī)的所述距離來(lái)計(jì)算到該發(fā)射機(jī)的偽距離，該距離偏移量為乘以 了光速后的所述時(shí)間偏移量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述給定遠(yuǎn)程接收機(jī)進(jìn)一步根據(jù)計(jì)算出的到所 述至少三個(gè)發(fā)射機(jī)的所述偽距離來(lái)確定時(shí)鐘偏移量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述遠(yuǎn)程接收機(jī)基于所述樣本序列在所述遠(yuǎn)程 接收機(jī)的所述接收時(shí)間相對(duì)于在所述基站接收機(jī)處計(jì)算出的所述發(fā)射時(shí)間的時(shí)間偏移量， 來(lái)計(jì)算偽距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述基站接收機(jī)和所述遠(yuǎn)程接收機(jī)二者中的一 者或兩者包括掃描廣播信號(hào)以選擇一個(gè)或更多個(gè)機(jī)會(huì)信號(hào)來(lái)使用的可配置前端濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述通信網(wǎng)絡(luò)提供可用機(jī)會(huì)信號(hào)的列表，并且所 述基站接收機(jī)和所述遠(yuǎn)程接收機(jī)二者中的一者或兩者從所述列表選擇一個(gè)或更多個(gè)機(jī)會(huì) 信號(hào)來(lái)使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述遠(yuǎn)程接收機(jī)調(diào)整樣本收集的相位，以將所述 相位與在所述基站接收機(jī)處的樣本收集的相位更接近地對(duì)準(zhǔn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述遠(yuǎn)程接收機(jī)確定早的相關(guān)測(cè)量和晚的相關(guān) 測(cè)量是否對(duì)稱，并且如果不對(duì)稱，則所述遠(yuǎn)程接收機(jī)以較大的測(cè)量的方向來(lái)移動(dòng)所述相位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述基站接收機(jī)和所述遠(yuǎn)程接收機(jī)包括壓力傳 感器，并且所述遠(yuǎn)程接收機(jī)基于在所述基站接收機(jī)處和在所述遠(yuǎn)程接收機(jī)處的壓力傳感器 讀數(shù)之間的差，來(lái)確定所述遠(yuǎn)程接收機(jī)的海拔高度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，使用迭代處理確定所述遠(yuǎn)程接收機(jī)的海拔高 度，該迭代處理在第一次迭代中將在位置計(jì)算過(guò)程中的海拔高度限制于平均海拔高度。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述遠(yuǎn)程接收機(jī)進(jìn)一步基于所述樣本收集的相 位的對(duì)準(zhǔn)來(lái)解決所述遠(yuǎn)程接收機(jī)和所述基站接收機(jī)的跟蹤信道之間的載波周期整數(shù)非單 值性。
13.一種使用由至少三個(gè)位置已知的發(fā)射機(jī)發(fā)射的機(jī)會(huì)信號(hào)確定位置的方法，所述方 法包括以下步驟計(jì)算從已知位置到至少三個(gè)所述發(fā)射機(jī)的距離；在所述已知位置對(duì)所述機(jī)會(huì)信號(hào)進(jìn)行采樣，并且用接收時(shí)間、發(fā)射時(shí)間或它們兩者對(duì) 所述樣本序列進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記；經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送相應(yīng)的時(shí)間標(biāo)記后的樣本序列；在一個(gè)或更多個(gè)未知位置處，保存所述機(jī)會(huì)信號(hào)的樣本并且對(duì)所述機(jī)會(huì)信號(hào)的樣本進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記；將經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)接收的時(shí)間標(biāo)記后的樣本序列與所保存的時(shí)間標(biāo)記后的樣本進(jìn) 行關(guān)聯(lián)；針對(duì)所述至少三個(gè)發(fā)射機(jī)中的各個(gè)發(fā)射機(jī)，作為在所述未知位置處的接收時(shí)間與下述 二者中的任意一個(gè)或二者的差而確定相關(guān)聯(lián)的時(shí)間偏移量在所述已知位置的接收時(shí)間和 該發(fā)射機(jī)的所述發(fā)射時(shí)間，以及通過(guò)基于所述時(shí)間偏移量確定到所述至少三個(gè)發(fā)射機(jī)的偽距離來(lái)確定位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，向所述未知位置提供計(jì)算出的距離，并且在確 定偽距離時(shí)使用所述距離。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，確定偽距離的步驟還包括按照減去了距離偏 移量后的所述已知位置到給定發(fā)射機(jī)的距離來(lái)計(jì)算到該發(fā)射機(jī)的偽距離，所述距離偏移量 為乘以光速后的所述時(shí)間偏移量。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，基于時(shí)間偏移量計(jì)算所述偽距離，該時(shí)間偏移 量是所述樣本序列在所述遠(yuǎn)程接收機(jī)處的接收時(shí)間和在所述基站接收機(jī)處計(jì)算出的所述 發(fā)射時(shí)間之間的差。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述方法還包括以下步驟根據(jù)計(jì)算出的到所述至 少三個(gè)發(fā)射機(jī)的所述偽距離來(lái)確定時(shí)鐘偏移量。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述方法還包括選擇步驟，其選擇一個(gè)或更多個(gè)機(jī) 會(huì)信號(hào)，來(lái)在確定位置時(shí)使用。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，所述方法還包括在所述選擇步驟中，掃描廣播信號(hào) 以選擇最佳候選機(jī)會(huì)信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，所述方法還包括在所述選擇步驟中，提供從中選擇 一個(gè)或更多個(gè)機(jī)會(huì)信號(hào)的可用機(jī)會(huì)信號(hào)的列表。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，關(guān)聯(lián)的步驟還包括調(diào)整步驟，其調(diào)整樣本收集 的相位，以將所述相位與在所述基站接收機(jī)處的樣本收集的相位更接近地對(duì)準(zhǔn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述調(diào)整步驟還包括以下步驟確定早的相關(guān) 測(cè)量和晚的相關(guān)測(cè)量是否對(duì)稱，并且如果不對(duì)稱，則以較大的測(cè)量的方向移動(dòng)所述相位。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，確定位置的步驟還包括以下步驟基于在所述 已知位置和在所述未知位置處的壓力傳感器讀數(shù)之間的差確定海拔高度。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，確定位置的步驟還包括使用迭代處理確定海 拔高度，該迭代處理在第一次迭代中把在位置計(jì)算過(guò)程中的所述海拔高度限制于平均海拔尚度。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，關(guān)聯(lián)的步驟還包括以下步驟基于所述樣本收 集的相位的對(duì)準(zhǔn)，解決在所述已知位置處和在所述未知位置處接收機(jī)的跟蹤信道之間的載 波周期整數(shù)非單值性。
全文摘要
一種使用由位置已知的一個(gè)或更多個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)射的機(jī)會(huì)信號(hào)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)確定位置、頻率和時(shí)鐘偏移量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有時(shí)鐘并且位置已知的基站接收機(jī)，其確定到發(fā)射機(jī)的距離，取得機(jī)會(huì)信號(hào)的樣本序列，并且用接收時(shí)間、基于計(jì)算出的距離而計(jì)算出的發(fā)射時(shí)間或這兩者對(duì)序列進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記?；窘邮諜C(jī)向遠(yuǎn)程接收機(jī)發(fā)送時(shí)間標(biāo)記后的序列并且視情況而定發(fā)送計(jì)算出的距離。給定遠(yuǎn)程接收機(jī)保存并且時(shí)間標(biāo)記機(jī)會(huì)信號(hào)的樣本，將時(shí)間標(biāo)記后的序列與所保存的樣本進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并且作為在遠(yuǎn)程接收機(jī)的接收時(shí)間與下述二者中的任意一個(gè)的差而計(jì)算時(shí)間偏移量在基站接收機(jī)的接收時(shí)間和在基站接收機(jī)處計(jì)算出的發(fā)射時(shí)間。遠(yuǎn)程接收機(jī)基于時(shí)間偏移量、以及視情況而定由基站接收機(jī)提供的距離，來(lái)計(jì)算位置。遠(yuǎn)程接收機(jī)的海拔高度可以作為位置計(jì)算的一部分來(lái)計(jì)算，可以基于將Z坐標(biāo)限制到平均海拔高度來(lái)迭代地確定，或者根據(jù)在基站和遠(yuǎn)程接收機(jī)處的空氣壓力傳感器讀數(shù)的差來(lái)確定。
文檔編號(hào)G01S5/10GK101855566SQ200880115646
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者喬納森·拉德, 帕特里克·芬頓 申請(qǐng)人:諾瓦特公司