專利名稱：根據(jù)初始粗位置估計提供經(jīng)改善的位置估計的方法和裝置的制作方法
背景領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及設(shè)備位置，更特定地涉及根據(jù)初始粗位置估計提供經(jīng)改善的(即更準確的)位置估計的方法和裝置。
相關(guān)申請本申請對美國臨時專利號60/273570，提交于2001年3月5日有優(yōu)先權(quán)，并被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
背景一般定位某設(shè)備的方法是確定在已知位置的多個源發(fā)送來的信號到達要定位的設(shè)備內(nèi)的接收機所需要的時間量。一種提供從多個已知位置的發(fā)射機來的信號的系統(tǒng)是著名的全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)內(nèi)的衛(wèi)星位于根據(jù)GPS主設(shè)計的準確軌道上。GPS衛(wèi)星的位置可由多個不同信息組識別，一些要比其它更準確些。
GPS發(fā)射一組信息，稱為“日歷”，它包括關(guān)于在“星座圖”內(nèi)的衛(wèi)星的定位較不準確的信息。地面站連續(xù)監(jiān)控GPS衛(wèi)星以觀察它們在軌道內(nèi)的變化。一旦衛(wèi)星位置被測量，信息被中轉(zhuǎn)回衛(wèi)星。然后衛(wèi)星發(fā)射另一組信息，稱為“天文歷”，它包括衛(wèi)星軌道更準確的版本。每個衛(wèi)星為所有衛(wèi)星發(fā)射日歷信息，但只為自己發(fā)送天文歷。
GPS接收機可以接收和/或存儲日歷，它指明在給定時間許多衛(wèi)星的每個位于天空的位置。根據(jù)天文歷以及該信息可用的時間可以確定GPS衛(wèi)星更準確的位置。
日歷和天文歷都在有限時間內(nèi)有效。日歷信息被認為是對于發(fā)射日歷后一個星期內(nèi)大約3千米精度內(nèi)是準確的。天文歷提供關(guān)于衛(wèi)星軌道信息大約2小時大約1米的精度。在日歷和天文歷內(nèi)的誤差隨著信息變陳舊而增大。相應(yīng)地，根據(jù)該信息的衛(wèi)星的位置當日歷和天文歷變得陳舊時變得越來越不準確，除非以合適的時間間隔接收到更新消息。
在沒有關(guān)于衛(wèi)星位置的準確信息時，設(shè)備的估計位置可能是不精確的，它可能根據(jù)從衛(wèi)星發(fā)射來的信號接收基礎(chǔ)上而確定的。準確信息可能通過接收從衛(wèi)星來的(連續(xù)地或需要時)或從另外源來的更新而獲得。另外的源可能是基站或無線通信系統(tǒng)的位置確定設(shè)備，其中任何一個可能有能從GPS衛(wèi)星接收需要信息的GPS接收機。然而寶貴的資源將消耗于使要被定位的設(shè)備在有規(guī)律的間隔內(nèi)獲得信息。特別是，需要消耗功率以發(fā)射和接收信息，且需要帶寬以將信息從一個遠程源發(fā)到設(shè)備。
因此在領(lǐng)域內(nèi)需要一種技術(shù)以準確地確定設(shè)備的位置而消耗最少的資源。當位置確定是基于隨時間而移動的發(fā)射機(如GPS衛(wèi)星)時且當該種發(fā)射機的準確位置只在從發(fā)射機或遠離衛(wèi)星的源以及要確定位置的設(shè)備接收了更新才知道時，該這種需要顯得特別急迫。
概述在此揭示了根據(jù)初始粗位置估計而準確確定接收機設(shè)備的位置的技術(shù)，該位置可能使用較不準確的關(guān)于發(fā)射機位置的信息(例如GPS衛(wèi)星的舊日歷或舊天文歷)而被導(dǎo)出。在揭示的方法和裝置的一實施例中，根據(jù)下列知識而對接收機的粗位置估計進行糾正，這些知識有(1)提供相對更精確的發(fā)射機位置的信息；以及(2)提供相對較不精確的發(fā)射機位置的信息(例如舊日歷和/或天文歷)用于推導(dǎo)粗位置估計。該糾正可根據(jù)不同糾正算法而實現(xiàn)，其中一種是這里要詳述的迭代算法。
根據(jù)揭示的方法和裝置的一實施例，接收設(shè)備的粗位置估計。粗位置估計可能根據(jù)初始(較不準確)多個發(fā)射機的位置估計而導(dǎo)出，諸如GPS衛(wèi)星。還接收發(fā)射機的經(jīng)修改的(更準確)位置估計。經(jīng)修改的設(shè)備的位置估計然后經(jīng)初始化(例如對粗位置估計)。然后根據(jù)設(shè)備和發(fā)射機的初始和經(jīng)修改位置估計計算更新向量。設(shè)備的經(jīng)修改位置估計然后根據(jù)更新向量被更新。更新向量的計算和設(shè)備的經(jīng)修改位置估計的更新可以被重復(fù)多次(例如，直到更新向量的幅度在某特定閥值內(nèi))以達到對設(shè)備當前的實際位置越來越準確的估計。
根據(jù)揭示的方法和裝置的一實施例，更新向量由以下步驟計算(1)根據(jù)設(shè)備和發(fā)射機的經(jīng)修改位置估計計算一組測量；(2)根據(jù)該組測量值和發(fā)射機的初始位置估計導(dǎo)出設(shè)備的中間位置估計；(3)根據(jù)發(fā)射機的初始位置估計和設(shè)備的中間位置估計確定第一幾何矩陣；(4)根據(jù)發(fā)射機和設(shè)備的經(jīng)修改的位置估計確定第二幾何矩陣；以及(5)根據(jù)設(shè)備的中間和修改位置估計以及第一和第二幾何矩陣計算更新向量。這些步驟以下詳述。
揭示的方法和裝置還提供其他方面、實施例、特征，將在以下詳述。
附圖的簡要說明通過下面提出的結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明的特征、性質(zhì)和優(yōu)點將變得更加明顯，附圖中相同的符號具有相同的標識，其中

圖1A是能實現(xiàn)本發(fā)明不同方面的系統(tǒng)的簡化說明；圖1B是說明根據(jù)接收機設(shè)備可用的信息的發(fā)射機位置的誤差的圖表；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例接收機設(shè)備和位置識別設(shè)備的簡化模塊框圖；圖3是說明由位置識別設(shè)備實現(xiàn)的根據(jù)先前由接收機設(shè)備導(dǎo)出的粗位置估計而導(dǎo)出接收機設(shè)備更精確的位置估計的處理的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實施例實現(xiàn)迭代算法的處理的流程圖。
詳細描述圖1A是能實現(xiàn)本發(fā)明的不同方面的系統(tǒng)的簡化說明。接收機設(shè)備110，要確定其位置，通過天線接收從多個發(fā)射機130a-130d(在此集體用參考號“130”)發(fā)射來的信號。接收機設(shè)備110進一步與位置識別設(shè)備120通信，它幫助以確定接收設(shè)備的位置，將在下面詳述。
在一實施例中，接收機設(shè)備110是能從多個發(fā)射機130接收信號的蜂窩電話。然而，接收機設(shè)備110可能是任何能確定接收信號相對參考時間的到達時間的設(shè)備。例如，接收設(shè)備110可能是有無線調(diào)制解調(diào)器的計算機終端，獨立的GPS接收機、能從地面發(fā)射機接收信號的接收機、或其他任何接收機。該發(fā)射機130可能是任何一種帶有已知位置或不能確定位置的發(fā)射機。在一實施例中，發(fā)射機130是全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)的衛(wèi)星。在揭示方法和裝置的其他實施例中，發(fā)射機可能是基于地面的發(fā)射機(例如無線通信系統(tǒng)的基站)或GPS和基于地面的發(fā)射機的組合。
接收機設(shè)備110根據(jù)指示發(fā)射接收到信號的發(fā)射機130的位置的信號和消息估計其位置。由于各種因素，接收機設(shè)備110可能沒有關(guān)于發(fā)射機130實際位置的當前或準確信息。在該情況下，由接收機設(shè)備110作出的其位置估計是粗略的，且沒有期望的精度。該使用較不精確的發(fā)射機位置作出的初始粗位置估計可能使用在此描述的技術(shù)此后被“糾正”以從而提供更準確的接收機設(shè)備的位置估計。
接收機130能作為參考點用于確定接收機110的位置。通過準確地測量與三個發(fā)射機間的距離，接收機設(shè)備110能“三角法測量”其位置。接收機設(shè)備110通過測量信號從發(fā)射機130到接收機設(shè)備110需要的時間確定距離。在知道了信號從發(fā)射機130的發(fā)射時間以及觀察由接收機設(shè)備110接收到信號的時間(基于其內(nèi)部時鐘)，信號的傳遞時間能被確定。然而，在發(fā)送和接收間的準確時間量由于例如在發(fā)射機130和接收機設(shè)備110間的兩個時鐘的偏差而不能被確定。因此，“偽距離”一般根據(jù)“參考”時間和接收到信號時間的差而計算得。參考時間可能是任何時間，只要參考時間對所有作出的偽距離測量一致(或偽距離測量能調(diào)整以補償使用的參考時間上的差別)。
圖1A內(nèi)，發(fā)射機130a到130d示出在由接收機設(shè)備110根據(jù)較不精確(例如不是最近更新的)的信息估計出的位置上。這些位置可能不同于發(fā)射機130的實際位置。在發(fā)射機130是衛(wèi)星的例子中，諸如GPS衛(wèi)星，衛(wèi)星的位置可由日歷和天文歷標識。
如果有當前天文歷信息和晝夜時間，則可作出GPS衛(wèi)星位置的準確確定。然而，天文歷信息只在有限時間內(nèi)有效(例如兩個小時)。如果有當前日歷信息和晝夜時間，則可作出GPS衛(wèi)星位置較不準確的確定。然而，日歷也是在有限時間段內(nèi)有效(例如，一個星期)。
本發(fā)明的方面提供技術(shù)以根據(jù)初始粗略位置估計以準確確定接收機位置，這可能使用關(guān)于發(fā)射機位置的較不準確信息(例如，GPS衛(wèi)星的舊日歷或舊天文歷)而導(dǎo)出。要理解的是初始估計可能完全根據(jù)過時的日歷或天文歷而作出。
由于發(fā)射機的偽距離和定位是用于確定接收機設(shè)備的位置、發(fā)射機的位置方面的誤差和不準確性變成了接收機設(shè)備的位置估計的誤差和不準確性。因此，“粗”位置估計是根據(jù)到發(fā)射機130的偽距離而為接收機設(shè)備作出的，它的已知位置可能有較差精確度。
根據(jù)揭示的方法和裝置的一實施例，對接收機設(shè)備的粗位置估計的糾正是根據(jù)(1)關(guān)于發(fā)射機130位置的更準確信息；以及(2)關(guān)于在發(fā)射機130的位置估計內(nèi)的誤差量的信息用于導(dǎo)出粗位置估計。下面將詳述實現(xiàn)糾正的技術(shù)。在一實施例中，在位置識別設(shè)備120處作出糾正，它可能位于離接收機設(shè)備110相對較遠的地方。然而，在揭示的方法和裝置的其他實施例中，位置識別設(shè)備120可能與接收機設(shè)備110位于一處。
圖2是根據(jù)揭示的方法和裝置的一實施例的接收機設(shè)備110和位置識別設(shè)備120的簡化模塊圖。接收機設(shè)備110可能是無線通信系統(tǒng)內(nèi)的遠程終端的組件，諸如蜂窩電話或帶無線調(diào)制解調(diào)器的計算機?；蛘撸邮諜C設(shè)備110可能是獨立的位置確定單元，諸如獨立GPS接收機。
位置識別設(shè)備120可能是在無線通信系統(tǒng)內(nèi)的基站收發(fā)機子系統(tǒng)(BTS)、基站控制器(BSC)或移動交換控制器(MSC)中一個組件，或耦合到無線通信系統(tǒng)的這些元件中的一個的設(shè)備。例如，位置識別設(shè)備120可能是無線通信系統(tǒng)內(nèi)的位置確定設(shè)備(PDE)。或者，位置識別設(shè)備120可能是遠程終端或一些其他包括接收機設(shè)備110的設(shè)備的組件或與它們共處的組件?；蛘?，位置識別設(shè)備120可能是獨立的組件。
為簡化，接收機設(shè)備110和位置識別設(shè)備120在圖2中示出為直接耦合。然而，一個或多個附加元件(例如BTS、BSC等)可在耦合在接收機設(shè)備110和位置識別設(shè)備120間。位置識別設(shè)備120和接收機設(shè)備110可能位于一處。這可能出現(xiàn)在該種系統(tǒng)中，當進行測量時，沒有關(guān)于發(fā)射機130的位置的準確信息，但將來某時會有的情況。接收機設(shè)備110的粗位置估計可能在作出偽距離(或準確距離)測量后立即導(dǎo)出。粗位置估計可能被存儲直到有關(guān)于發(fā)射機130的更準確位置估計時，之后可以導(dǎo)出接收機設(shè)備的更準確的位置估計。
在圖2示出的實施例中，接收機設(shè)備110包括接收機210、處理電路212、存儲器214以及通信端口216以及還耦合到天線208。天線208接收從發(fā)射機130(在圖1A中示出)來的信號并將信號耦合到接收機210。接收機210包括必須的處理接收信號以導(dǎo)出用于位置估計的信息的電路(例如射頻(RF)處理電路和/或其他接收電路)。該種信息可能包括時間信息等。該信息提供給處理電路212，它進行位置確定計算。該計算可能還包括導(dǎo)出到發(fā)射機130的偽距離的計算。或者或附加地，該計算可能包括導(dǎo)出接收機設(shè)備110初始位置估計需要的那些計算。粗位置估計可能由于發(fā)射機130的位置估計中較大的誤差而有相對較大的誤差。
接收機設(shè)備110通過通信端口216向位置識別設(shè)備120提供計算結(jié)果以及其他相關(guān)信息。相關(guān)信息可能包括接收信號被測量的時間、用于實現(xiàn)計算的信息(例如特定的日歷用于估計發(fā)射機130的位置)以及可能還有其他信息。通信端口216提供到位置識別設(shè)備120的接口。對在無線通信系統(tǒng)內(nèi)的遠程終端內(nèi)的接收機設(shè)備，通信端口216可能支持通過無線鏈路的通信。
在圖2示出的實施例中，位置識別設(shè)備120包括通信端口220、處理電路222以及存儲器224。該通信端口220從接收機設(shè)備110接收計算結(jié)果和相關(guān)信息并轉(zhuǎn)發(fā)信息到處理電路222。處理電路222接收計算結(jié)果和相關(guān)信息，并進一步接收由接收機設(shè)備110用于實現(xiàn)計算的較不準確信息的拷貝。較不準確的信息可能是日歷(日歷有效的時間)、天文歷(天文歷有效的時間)和/或任何其他的接收機設(shè)備110可能用過以估計發(fā)射機130的位置的信息。
接收機設(shè)備110可能提供較不準確的信息連同計算結(jié)果例如作為相關(guān)信息的一部分。在一些實施例中，可能不明顯提供較不準確信息，且其他指示量可能用于推導(dǎo)用過的信息。例如，日歷或天文歷有效的時間，接收信號在接收機設(shè)備110測量的時間，粗位置估計發(fā)送到位置識別設(shè)備120的時間，或一些其他信息(可作為相關(guān)信息的一部分被發(fā)送)，可能足以使得位置識別設(shè)備120準確地推導(dǎo)出用于推導(dǎo)粗位置估計的發(fā)射機位置估計。在一些其他實施例中，位置識別設(shè)備120可能負責將用于推導(dǎo)粗位置估計的信息發(fā)送到接收機設(shè)備110。對這些實施例，不需要接收機設(shè)備110通知位置識別設(shè)備120使用了何種信息。
在一些實施例中，處理單元212可能直接與位置識別設(shè)備120通信而不需要分開的通信端口。這可能是在這些例子中的情況，即位置識別設(shè)備120與接收機設(shè)備110是同處的，或在一些其他例子中位置識別設(shè)備120與接收機設(shè)備110不位于同處。
在一實施例中，位置識別設(shè)備120在接收從接收機設(shè)備110來的計算結(jié)果前接收較不精確的信息。在一些實施例中，由接收機設(shè)備110使用的較不精確信息可能由除接收機設(shè)備110外其他源(例如在圖2為簡化未示出的通信鏈路上)提供給位置識別設(shè)備120。例如，較不準確信息可能由位置識別設(shè)備120從發(fā)射機130直接被接收?；蛘?，可能由位置識別設(shè)備120從不同于圖1A中示出的任何元件的源接收較不準確信息，諸如無線通信系統(tǒng)內(nèi)的基站的一個組件。
在一實施例中，位置識別設(shè)備120可能有多組信息(例如日歷的幾個版本)，其中的任何一個可能由接收機設(shè)備110使用以實現(xiàn)位置確定計算。在該情況下，接收機設(shè)備110可能需要提供附加信息到位置識別設(shè)備120以指明從對位置識別設(shè)備120可用的這些信息中何種信息，是被接收機設(shè)備110特定用于實現(xiàn)位置確定計算的。
圖3是說明由位置識別設(shè)備120實現(xiàn)的處理以根據(jù)前次由接收機設(shè)備導(dǎo)出的粗位置估計來導(dǎo)出接收機設(shè)備110的更準確的位置估計。位置識別設(shè)備120起初在步驟312從接收機設(shè)備110接收位置確定計算的結(jié)果(例如，粗位置估計ua)。位置識別設(shè)備120還接收指明發(fā)射機130的初始位置估計sia的信息(即較不準確的位置估計)，它用于在步驟314導(dǎo)出粗位置估計。該信息可能指明用于導(dǎo)出粗位置估計的日歷或天文歷的版本。由接收機設(shè)備110確定的發(fā)射機130的初始位置估計，較不準確且對應(yīng)于當作出位置確定計算時接收機設(shè)備110假設(shè)發(fā)射機位于的位置。在一實施例中，位置識別設(shè)備120還在步驟314接收進行偽距離測量的時間。
位置識別設(shè)備120然后確定發(fā)射機130位置的更準確估計sie。這些更精確的發(fā)射機位置估計可能根據(jù)比由接收機設(shè)備110作出偽距離測量的更精確時間的日歷和/天文歷而作出。在一實施例中，位置識別設(shè)備120維持了由GPS星座圖的衛(wèi)星發(fā)送的日歷和天文歷的日志。該日志使得位置識別設(shè)備120能使用最準確的日歷和天文歷以糾正從接收機設(shè)備110來的粗位置估計，如下將要詳述。
一旦位置識別設(shè)備120具有關(guān)于初始較不準確的位置估計的信息和發(fā)射機130的較準確位置估計時，位置識別設(shè)備120然后在步驟318處根據(jù)下述的算法糾正接收機設(shè)備110的粗位置估計。
圖1B是根據(jù)接收機設(shè)備110可用的信息說明發(fā)射機130位置的誤差的圖表。圖1B示出在代表發(fā)射機實際位置更準確估計的位置處的發(fā)射機132a到132d。圖1B還示出發(fā)射機代表發(fā)射機位置的較不準確估計的發(fā)射機130a到130d。發(fā)射機132(以點劃線示出)以及發(fā)射機130(以實線示出)對應(yīng)于發(fā)射機的兩個位置估計。然而，使用更準確或較不準確的信息(即使用對于進行偽距離測量時刻準確或不準確的日歷或天文歷)根據(jù)發(fā)射機的位置是否已被確定，每個發(fā)射機的位置被認為是不同的。發(fā)射機130的位置由接收機設(shè)備110用于實現(xiàn)位置確定計算以導(dǎo)出接收機設(shè)備110的粗位置估計。
位置識別設(shè)備120對從接收機設(shè)備110來的粗位置估計實現(xiàn)糾正以提供接收機設(shè)備的更準確位置估計。對粗位置估計的糾正可能根據(jù)包括“線性化”算法、“迭代算法”以及可能有其他的不同算法而實現(xiàn)。線性化算法詳細地在美國專利序列號09/773207，題為“METHOD AND APPARATUS FOR DETERMING LOCATIONUSING A COARSE POSITION ESTIMATE”提交于2001年1月30日，被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。該迭代算法在下面描述。
迭代算法可以用于實現(xiàn)接收機設(shè)備110的粗位置估計的糾正，這是根據(jù)(1)知道發(fā)射機130(例如GPS衛(wèi)星)的位置的較不準確估計用于導(dǎo)出接收機設(shè)備110的粗位置估計，以及(2)知道在測量偽距離時刻發(fā)射機130實際位置更準確估計。發(fā)射機更準確的位置估計可能根據(jù)知道作出偽距離測量的特定時間而被確定。
要理解的是，粗位置估計是在當沒有發(fā)射機130位置的更準確估計時在某個時間上或位置處進行的。糾正一般會在以后的時刻或另一地點或兩者而實現(xiàn)，這根據(jù)何時于何地發(fā)射機130位置的更準確估計變得可用。
在揭示的方法和裝置的一實施例中，假設(shè)在位置定位方案(即接收機設(shè)備110經(jīng)計算的位置)以及一組發(fā)射機位置估計間有一對一的映射。當只有四個偽距離測量時，該假設(shè)很容易滿足。
為簡潔之故，迭代算法特別為發(fā)射機130是GPS衛(wèi)星的情況描述。然而，迭代算法還可以用于任何類型的發(fā)射機，其中在特定時間或地點有不準確的發(fā)射機位置信息，在以后和/或其他位置有更準確的發(fā)射機位置信息。
根據(jù)日歷信息和時鐘偏差導(dǎo)出的第i個衛(wèi)星的位置sia可能表達為 以及bsia時間偏差定義為接收機設(shè)備110內(nèi)的本地時鐘指明的時間和發(fā)射機130內(nèi)的時鐘指明的時間間的差。位置，sia一般由于接收機設(shè)備110使用的日歷的不準確性而在導(dǎo)出位置sia有相對較大的誤差。
位置，sie根據(jù)日歷信息和時鐘偏差導(dǎo)出的第i個衛(wèi)星的位置sie可能表達為 以及bsie位置，sie一般由于使用的較準確的天文歷而有相對較小的誤差。粗位置估計由接收機設(shè)備110用相對較不準確的日歷信息導(dǎo)出的ua可能表達為 由接收機設(shè)備110使用相對更準確的發(fā)射機位置估計而導(dǎo)出的接收機設(shè)備110的更準確位置估計ue可能表達為
初始時，可能沒有更準確的信息。因此，更準確的位置估計ue可能設(shè)定為ua。位置估計ue在獲得更多信息時被更新。
與每個衛(wèi)星相關(guān)的距離估計可能根據(jù)以下表達式而獲得mi=(xue-xSie)2+(yue-ySie)2+(zue-zSi3)2-(bue-bSie)]]>式(1)這些距離估計本質(zhì)上是該由位于ue處的接收設(shè)備接收從位于由更準確信息指明的位置處的發(fā)射機來的信號確定的偽距離測量。還可以看到該測量值，等式(1)的mi是接收機設(shè)備110更準確位置估計ue和發(fā)射機130中一個的更準確位置估計sie間的距離，考慮了時鐘偏差。根據(jù)為每個衛(wèi)星計算的mi的范圍值，最小均方根(LMS)計算可以用于確定接收機設(shè)備110應(yīng)該已經(jīng)計算的位置u′＝[x′uy′uz′ub′u]，如果它曾在位置ue且假設(shè)發(fā)射機130位于由較不準確位置估計指明的位置處，即發(fā)射機130的sia(即由日歷信息指明的位置)。根據(jù)該位置估計u′和ue和ua間的偏微分方程的知識，可以確定更新向量du。
較不準確發(fā)射機位置估計sia(例如日歷導(dǎo)出的衛(wèi)星位置)的幾何矩陣Ha以及對應(yīng)的從前次LMS計算導(dǎo)出的位置u′可以定義為Ha=xu′-xS1a|u‾′-s‾1a|yu′-yS1a|u‾′-s‾1a|zu′-zS1a|u‾′-s‾1a|-1xu′-xS2a|u‾′-s‾2a|yu′-yS2a|u‾′-s‾2a|zu′-zS2a|u‾′-s‾2a|-1MMMMxu′-xSna|u‾′-s‾na|yu′-ySna|u‾′-s‾na|zu′-zSna|u‾′-s‾na|-1]]>式(2)類似地，更準確發(fā)射機位置估計sie(例如天文歷導(dǎo)出的衛(wèi)星位置)的幾何矩陣Ha以及更準確接收機設(shè)備位置估計ue可以定義為
He=xue-xS1e|u‾e′-s‾1e|yue-yS1e|u‾e-s‾1e|zue-zS1e|u‾e-s‾1e|-1xue-xS2e|u‾e′-s‾2e|yue′-yS2e|u‾e-s‾2e|zue-zS2e|u‾e-s‾2e|-1MMMMxue′-xSne|u‾e-s‾ne|yue-ySne|u‾e-s‾ne|zue-zSne|u‾e-s‾ne|-1]]>式(3)最終幾何矩陣Ht可能表示為Ht=(HaT·R-1·Ha)-1·HaT·He]]>式(4)其中R是測量矩陣的協(xié)方差，即R＝E[m*mT]，其中E[]代表計算在方括號內(nèi)的量的統(tǒng)計期望且m是在等式(1)中確定的測量的向量。更新向量du然后可以表達為du‾=(H1T·R-1·H1)-1·H1T·(u‾a-u‾′)]]>式(5)通過使用更準確發(fā)射機位置估計sie(例如天文歷導(dǎo)出的衛(wèi)星位置)而獲得的接收機設(shè)備位置的更準確估計ue可以表達為ue＝ua+du 式(6)等式(1)到(6)可以迭代地被應(yīng)用許多次以導(dǎo)出接收機設(shè)備110越來越精確的位置估計。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的迭代算法實現(xiàn)的處理的流程圖。由接收機設(shè)備11O根據(jù)較不準確的發(fā)射機的位置估計sia導(dǎo)出的粗位置估計ua首先被接收(如圖3描述)。接收機設(shè)備110更準確的位置估計ue在步驟412處初始為粗位置估計ua。然后在步驟414確定偽距離測量mi。如果位置估計ue是答案的話這些測量就是要得到的那些。測量mi可根據(jù)等式(1)導(dǎo)出且可以為先前用于導(dǎo)出粗位置估計ua的所有發(fā)射機而確定。
在步驟416處，根據(jù)在步驟414確定的測量mi以及較不準確發(fā)射機位置估計sia實行LMS計算。該LMS計算可以通過本領(lǐng)域內(nèi)已知的方法獲得。LMS計算產(chǎn)生的結(jié)果標為u′，它是如果接收機設(shè)備曾在位置u′則接收機設(shè)備110應(yīng)該會得到的解。
幾何矩陣Ht然后在步驟418處根據(jù)等式(2)、(3)和(4)而計算，更新向量du然后在步驟420能根據(jù)幾何矩陣Ht以及位置估計的差別(即ua-u′)以及根據(jù)等式(5)而被確定。更準確的位置估計ue在步驟422處用更新向量du更新。
在步驟424處，作出是否向量du的大小小于某特定閥值(例如|du|＜1)。如果更新向量du比特定閥值小，則處理回到步驟414且發(fā)射機130的測量mi再次根據(jù)接收機設(shè)備110的最近更新的更準確位置估計ue而被確定。步驟414到步驟424重復(fù)必要的次數(shù)直到更新向量du的大小小于該閥值。一旦滿足該閥值，位置估計ue作為接收機設(shè)備110的更準確位置估計返回。處理然后中止。
在此描述的技術(shù)使得接收機設(shè)備的位置能根據(jù)接收機設(shè)備的粗位置估計而被準確確定，粗位置估計可能根據(jù)發(fā)射機的較不準確位置估計而被推導(dǎo)出。這樣，描述發(fā)射機位置的信息(例如，日歷)可能經(jīng)常載入接收機設(shè)備，這可以保存資源。
在此描述的技術(shù)可能還用于確定以模擬模式操作的接收機設(shè)備的位置，它是由測量的時間標記不能以足夠的準確性知道為特征的(例如大于5毫秒的時間標記誤差)。
根據(jù)發(fā)明的一方面，五個或多個發(fā)射機(例如GPS衛(wèi)星)的測量可能被用于求解x、y、z以及時鐘偏差以及時間標記誤差。以上描述的糾正算法可用于接收機設(shè)備報告的時間標記不準確的情況。
上述的迭代算法可以根據(jù)五個或多個測量用于位置確定計算而實現(xiàn)。上述等式(1)到(6)的計算以及圖4示出的流程圖可以用以上描述的方式應(yīng)用。然而，取代一般用于四個測量的LMS算法，經(jīng)修改的LMS算法被實現(xiàn)以對五個未知數(shù)進行計算而得到解(即接收機設(shè)備的位置估計)。取代在等式(2)和(3)中相應(yīng)示出的幾何矩陣Ha和He的四維，這些矩陣會有對應(yīng)于使用的測量數(shù)的維數(shù)。
當用五個測量用于位置確定計算時，幾何矩陣Ha，5可表示為Ha,5=xu′-xS1a|u‾′-s‾1a|yu′-yS1a|u‾′-s‾1a|zu′-zS1a|u‾′-s‾1a|-1∂ρS1a∂txu′-xS2a|u‾′-s‾2a|yu′-yS2a|u‾′-s‾2a|zu′-zS2a|u‾′-s‾2a|-1∂ρS2a∂tMMMMxu′-xSna|u‾′-s‾na|yu′-ySna|u‾′-s‾na|zu′-zSna|u‾′-s‾na|-1∂ρSna∂t]]>以上矩陣Ha，5的首四列是與等式(2)中的示出相同，第五列包括每個偏微分發(fā)射機的關(guān)于時間標記的偽距離測量 該第i個發(fā)射機的偏微分可表達為
∂ρSia∂t=∂xSia∂t|t=tk(xSia(tk)-xua)+∂ySia∂t|t=tk(ySia(tk)-yua)+∂zSia∂t|t=tk(zSia(tk)-zun)(xSia(tk)-xua)2+(ySia(tk)-yun)2+(zSia(tk)-zua)2]]>類似地，五個測量的幾何矩陣He，5可表示為He,5=xue-xS1e|u‾e-s‾1e|yue-yS1e|u‾e-s‾1e|zue-zS1e|u‾e-s‾1e|-1∂ρS1e∂txue-xS2e|u‾e-s‾2e|yue-yS2e|u‾e-s‾2e|zue-zS2e|u‾e-s‾2e|-1∂ρS1e∂tMMMMxue-xSne|u‾e-s‾ne|yue-ySne|u‾e-s‾ne|zue-zSne|u‾e-s‾ne|-1∂ρS1e∂t]]>同樣，以上矩陣He，5的首四列是與等式(3)中的示出相同，第五列包括每個發(fā)射機的偽距離測量關(guān)于時間標記的偏微分 該第i個發(fā)射機的偏微分可表達為∂ρSie∂t=∂xSie∂t|t=tk(xSie(tk)-xue)+∂ySie∂t|t=tk(ySie(tk)-yue)+∂zSie∂t|t=tk(zSie(tk)-zue)(xSie(tk)-xue)2+(ySie(tk)-yue)2+(zSie(tk)-zue)2]]>由于它們將衛(wèi)星的軌跡描述為時間的函數(shù)，每個衛(wèi)星的座標相對于測量時間的偏微分(例如，∂xSie∂t,∂ySie∂t]]>以及 )可以從相應(yīng)的日歷或天文歷導(dǎo)出。對以上的等式，tk是在第k次迭代時的測量時間估計。從以上方程，在每次迭代時，衛(wèi)星位置根據(jù)測量時間t的值重新計算，該t可能從每次迭代時是重新估計的未知數(shù)值中的一個的測量時間誤差得到。
模擬模式的位置確定計算在美國專利申請序列號09/280337內(nèi)得到進一步描述，題為“METHOD AND APPARATUS FOR LOCATING GPS EQUIPPED WIRELESS DEVICESOPERATING IN ANALOG MODE”，提交于1999年3月29日，被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
在圖2，處理電路212和222可能相應(yīng)地通過執(zhí)行存儲在存儲器214和224內(nèi)的程序指令而導(dǎo)出初始粗位置估計以及接收機設(shè)備110的更準確位置估計。處理電路212和214可能每個實現(xiàn)為數(shù)據(jù)信號處理器、應(yīng)用專用集成電路(ASIC)、處理器、微處理器、控制器、微控制器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、其他電子單元或以上的組合用于實現(xiàn)上述的功能。處理電路212和22還每個可能進一步包括存儲器212或224用于存儲程序指令和數(shù)據(jù)。
上述優(yōu)選實施例的描述使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能制造或使用本發(fā)明。這些實施例的各種修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，這里定義的一般原理可以被應(yīng)用于其它實施例中而不使用創(chuàng)造能力。因此，本發(fā)明并不限于這里示出的實施例，而要符合與這里揭示的原理和新穎特征一致的最寬泛的范圍。
權(quán)利要求
1.一種確定設(shè)備位置的方法其特征在于包括(a)接收設(shè)備位置的估計，該估計通過使用多個發(fā)射機的初始位置估計而已被計算；(b)使用設(shè)備和發(fā)射機的經(jīng)修改的估計計算一組距離估計；(c)根據(jù)一組測量值和發(fā)射機的初始位置估計導(dǎo)出設(shè)備的中間位置估計；(d)部分根據(jù)設(shè)備的中間位置估計和經(jīng)修改的位置估計計算更新向量；以及(e)根據(jù)更新向量更新設(shè)備的經(jīng)修改的位置估計。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括多次重復(fù)計算、推導(dǎo)、計算以及更新。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于重復(fù)計算、推導(dǎo)、計算以及更新直到更新向量的大小處在某特定閥值內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括(a)把設(shè)備的經(jīng)修改位置估計為粗位置估計。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于發(fā)射機是全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)的衛(wèi)星。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于衛(wèi)星的初始位置估計是根據(jù)日歷的。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于衛(wèi)星的經(jīng)修改的位置估計是根據(jù)天文歷的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)射機的經(jīng)修改的位置估計是根據(jù)從發(fā)射機來的信號在設(shè)備端被測量的時間而確定的，這些信號被用來導(dǎo)出設(shè)備的粗位置估計。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)備的中間位置估計是根據(jù)最小平方根(LMS)計算而導(dǎo)出的。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括(a)根據(jù)發(fā)射機的初始位置估計以及設(shè)備的中間位置估計確定第一幾何矩陣；以及(b)根據(jù)發(fā)射機的經(jīng)修改的位置估計以及設(shè)備的經(jīng)修改位置估計確定第二幾何矩陣；以及(c)其中更新矩陣是基于第一和第二幾何矩陣的。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)備的粗的和經(jīng)修改的位置估計是根據(jù)四個發(fā)射機的四個測量而導(dǎo)出的。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，對應(yīng)于偽距離的測量值指示了設(shè)備和發(fā)射機間的距離。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)備的粗的和經(jīng)修改的位置估計是根據(jù)五個或更多發(fā)射機的五個或更多測量而導(dǎo)出的。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，設(shè)備的位置估計的導(dǎo)出是基于五個或多個測量以考慮到設(shè)備處進行測量的時間的不確定性。
15.一種確定設(shè)備位置的方法其特征在于包括(a)接收部分根據(jù)多個發(fā)射機的初始位置估計而導(dǎo)出的設(shè)備的粗位置估計；(b)接收發(fā)射機的經(jīng)修改位置估計；(c)初始化設(shè)備的經(jīng)修改位置估計；(d)根據(jù)設(shè)備和發(fā)射機的初始和經(jīng)修改位置估計計算更新向量；(e)根據(jù)更新向量更新經(jīng)修改的位置估計；以及(f)多次重復(fù)計算和更新。
16.一種確定設(shè)備位置的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于包括(a)用于接收部分根據(jù)多個發(fā)射機的初始位置估計而導(dǎo)出的設(shè)備粗位置估計的程序代碼；(b)用于接收發(fā)射機的經(jīng)修改位置估計的程序代碼；(c)用于初始化設(shè)備的經(jīng)修改位置估計的程序代碼；(d)用于根據(jù)設(shè)備和發(fā)射機的初始和經(jīng)修改位置估計而計算更新向量的程序代碼；(e)用于根據(jù)更新向量而更新設(shè)備的經(jīng)修改的位置估計的程序代碼；(f)用于多次重復(fù)計算和更新的程序代碼，以及(g)用于存儲程序代碼的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。
17.一種位置識別設(shè)備其特征在于包括(a)通信端口用于接收部分根據(jù)多個發(fā)射機的位置估計導(dǎo)出的接收機設(shè)備的粗位置估計；(b)耦合到通信端口的處理器用于(i)接收指示發(fā)射機的經(jīng)修改位置估計的信息，(ii)初始化接收機設(shè)備的經(jīng)修改位置估計；(iii)根據(jù)接收機設(shè)備和發(fā)射機的初始和經(jīng)修改位置估計計算更新向量；(iv)根據(jù)更新向量更新接收機設(shè)備的位置估計；以及(v)多次重復(fù)計算與更新。
18.如權(quán)利要求17所述的位置識別設(shè)備，其特征在于，為計算更新向量，處理器還配置為用于(a)根據(jù)接收機設(shè)備和發(fā)射機的經(jīng)修改位置估計計算一組測量值；(b)根據(jù)該組測量值和發(fā)射機的初始位置估計導(dǎo)出接收機設(shè)備的中間位置估計，以及(c)至少部分根據(jù)接收機設(shè)備的中間和經(jīng)修改位置估計計算更新向量。
19.如權(quán)利要求17所述的位置識別系統(tǒng)，其特征在于還包括(a)耦合到處理器的存儲器，用于存儲指示在多個時刻處的多個發(fā)射機位置估計的多組信息，且其中發(fā)射機的經(jīng)修改位置估計是從多組信息中的一組推導(dǎo)出的。
20.如權(quán)利要求17所述的位置識別設(shè)備，其特征在于通信端口進一步用于接收指示從發(fā)射機來的信號被測量的特定時間以及用于導(dǎo)出接收機設(shè)備的粗位置估計的信息。
全文摘要
根據(jù)設(shè)備的初始粗位置估計而確定設(shè)備位置的技術(shù)，該估計根據(jù)多個發(fā)射機的位置的初始(較不準確)估計而導(dǎo)出。在一種方法中，接收設(shè)備的粗位置估計以及經(jīng)修改(更準確)發(fā)射機位置估計。初始化設(shè)備的經(jīng)修改位置估計(例如為粗位置估計)。下一步根據(jù)設(shè)備和發(fā)射機的初始和經(jīng)修改的位置估計計算更新向量。經(jīng)修改的設(shè)備的位置估計根據(jù)更新向量而被更新。對更新向量的計算和經(jīng)修改設(shè)備的位置估計的更新可以重復(fù)許多次以獲得更準確的估計。
文檔編號G01S19/40GK1524188SQ02805981
公開日2004年8月25日 申請日期2002年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月5日
發(fā)明者P·戈爾, A·瓦亞諾斯, P 戈爾, 橋鄧 申請人:高通股份有限公司