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線電和電視信號的“機(jī)會信號”來確定 位置和時鐘偏移量的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
確定位置對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 高速無線網(wǎng)絡(luò)而言是關(guān)鍵的。此外，位置對于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)精確傳遞時間而言是關(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，位置信息對于GNSS解決方案是必要的。在授權(quán)給Counselman的美國專利6，492，945中描述了一種使用機(jī)會信號確定位 置的方法。Counselman方法確定正在移動的無線接收機(jī)的瞬時位置，并且采用雙差載波相 位測量。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)會信號，如AM或FM無線 電信號、電視信號、地球同步通信衛(wèi)星的信號等，以及更具體地，機(jī)會信號的調(diào)制。該方法和 系統(tǒng)使用調(diào)制信號的實質(zhì)上偽隨機(jī)特征，以無歧義地建立機(jī)會信號的達(dá)到時間。使用來自 多個機(jī)會信號發(fā)射機(jī)的信號，遠(yuǎn)程接收機(jī)可以精確地確定它們的位置。多個機(jī)會信號發(fā)射機(jī)(下面稱為“S0P發(fā)射機(jī)”)的位置對于遠(yuǎn)程接收機(jī)以及具有 時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。基站接收機(jī)使用已知的 位置計算到各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)會信號的樣本，用接收時間對信號樣本進(jìn)行時間標(biāo)記，并且經(jīng)由通信網(wǎng) 絡(luò)向遠(yuǎn)程接收機(jī)提供時間標(biāo)記后的信號。遠(yuǎn)程接收機(jī)在重疊的時間段對多個機(jī)會信號的樣本進(jìn)行時間標(biāo)記和存儲。遠(yuǎn)程接 收機(jī)將接收到的時間標(biāo)記后的信號樣本與所存儲的信號關(guān)聯(lián)，并且確定各時間標(biāo)記后的信 號的時間偏移量。給定機(jī)會信號的時間偏移量基于基站接收機(jī)和各遠(yuǎn)程接收機(jī)相對于該 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)處的時鐘之間的差，即，遠(yuǎn)程接 收機(jī)的時鐘偏移量。給定遠(yuǎn)程接收機(jī)使用根據(jù)由至少三個S0P發(fā)射機(jī)廣播的機(jī)會信號在基 站接收機(jī)和遠(yuǎn)程接收機(jī)處的達(dá)到時間而計算出的偽距離，來確定該遠(yuǎn)程接收機(jī)的二維位置 和時鐘偏移量。
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 且使用由四個或更多個SOP發(fā)射機(jī)發(fā)射的機(jī)會信號確定遠(yuǎn)程接收機(jī)的三維位置及相關(guān)聯(lián) 的時鐘偏移量。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。
具體實施例方式參見圖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)。各個接收機(jī)接收從位置已知的 多個大功率輻射器26i、262. . . 26j(即AM/FM無線電發(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，該多個大功率輻射器26i、262. . . 26」具有覆蓋整個網(wǎng)絡(luò)或 部分網(wǎng)絡(luò)的各自的服務(wù)區(qū)。由于廣播信號的信號質(zhì)量、傳輸位置已知和連續(xù)的廣播而被選擇的廣播信號是 “機(jī)會信號”，即，以各種頻率并且出于例如傳輸隨機(jī)會話或?qū)υ挼哪康亩鴱V播的信號。這些 是預(yù)存在的信號，它們不是為了確定位置和/或時間或時鐘偏移量而特定設(shè)計和操作的。 這與GNSS信號形成對照，例如，GNSS信號是為了向地球上的無線電接收機(jī)提供位置、速度 和時間而特定設(shè)計的。由GNSS衛(wèi)星以相同的頻率廣播的GNSS信號攜帶用于該目的的特定 代碼。此外，與用于確定位置和/或時間或時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)注冊機(jī)構(gòu)(例如， U.S. Federal Communications Commission (美國聯(lián)邦通信委員會))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 信號的列表，并且/或者系統(tǒng)可以針對它們的載波頻率穩(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)處信號的場強(qiáng)度，來選擇特定的機(jī)會信號。值得注意的是，廣播的機(jī)會信號具有足夠低的頻率，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，相反必須對所選擇的廣播的機(jī)會信號有 相對良好的接收。此外，使用這種低頻信號使得接收機(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)會信號。該系統(tǒng)通過從注冊機(jī)構(gòu)和/或區(qū)域拓?fù)鋱D、測量圖等可得的信息，可以得到各個
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)。基站接收機(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)時鐘21提供的時間，基站接收機(jī)時鐘21可以但是不必需與基準(zhǔn)源(例如， GNSS或UTC時間)同步。遠(yuǎn)程接收機(jī)22”222. 22n的位置可以未知，并且它們的時鐘23” 232. . . 23n相對于基站接收機(jī)時鐘的時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，通過勘察和/或通過使用拓?fù)鋱D來獲知。使用已知的位置坐標(biāo)，基站接收機(jī)20按照以下計算到各所選SOP發(fā)射機(jī)26i的距 罔對于二維解， 或者，對于三維解，
_6] 對于相對于基站和遠(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?；窘邮諜C(jī)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)24向遠(yuǎn)程接 收機(jī)提供計算出的距離。還參見圖2，對于給定SOP發(fā)射機(jī)26i，基站接收機(jī)20取得所廣播的機(jī)會信號的樣 本序列200，并且用在基站接收機(jī)的接收時間對該序列進(jìn)行時間標(biāo)記。該序列可以是轉(zhuǎn)瞬間 (a second long)或更長的片段，例如，1/4秒長。視情況而定，基站接收機(jī)可以連續(xù)或按預(yù) 定時間取得樣本?；窘邮諜C(jī)可以對序列中的各樣本(第一樣本或某些樣本)進(jìn)行時間標(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)送時間標(biāo)記后的序列?；窘?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)的本地時鐘23i類似地保存所廣播的機(jī)會信號的 樣本并且利用接收時間對所廣播的機(jī)會信號的樣本進(jìn)行時間標(biāo)記。視情況而定，遠(yuǎn)程接收 機(jī)可以保存長度與該樣本序列相同或比該樣本序列的長度稍長的信號段的樣本，以確保捕 獲對應(yīng)的信號樣本。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間標(biāo)記 后的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，使得信號樣本對準(zhǔn)，并且確定時間偏移量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)的接收時間，而 T—-i是該序列在遠(yuǎn)程接收機(jī)處的接收時間。時間偏移量基于基站接收機(jī)和遠(yuǎn)程接收機(jī)相 對于S0P發(fā)射機(jī)26i的位置的差，以及遠(yuǎn)程接收機(jī)的時鐘偏移量。遠(yuǎn)程接收機(jī)的時鐘偏移 量是遠(yuǎn)程接收機(jī)的時鐘和基站接收機(jī)的時鐘之間的時間差。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，與例如會話 的特定比特的廣播信號中的變化相對應(yīng)的序列，該廣播信號與背景信號不同并且不是有規(guī) 律地重復(fù))，來確定時間偏移量。因此，調(diào)制后的信號具有可以被該系統(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)，即具有單個相關(guān)峰的相關(guān)函數(shù)。對應(yīng)于重復(fù)聲音(例如，某些 音樂片段)的序列不用于確定時間偏移量，因為關(guān)聯(lián)的相關(guān)函數(shù)具有多個峰，因此，將不能 足夠精確地確定時間偏移量。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間標(biāo)記后的信 號樣本數(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) 如上所述地確定時間偏移量。通過用基站接收機(jī)20提供的后續(xù)調(diào)制事件重復(fù)該處理，來驗 證時間偏移量值。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間得到的，因為 樣本是相對于接收機(jī)的時鐘而得到的。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)行的時間對準(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)處的采樣時間更接近在基站接收機(jī)處的采樣時間。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)是否基本對稱。如果不對稱，則遠(yuǎn)程接收機(jī)以較早或較晚相關(guān)值中較大者的 方向移動樣本收集處理的相位，即，采樣時鐘。遠(yuǎn)程接收機(jī)可以在每次執(zhí)行分析時將相位改 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 對應(yīng)的量。在確定較早和較晚相關(guān)輸出值是否基本對稱之前，遠(yuǎn)程接收機(jī)22i可以在進(jìn)行 比較之前通過例如，在連續(xù)序列上對相關(guān)輸出值進(jìn)行平均來對相關(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準(zhǔn)到對于基站接收機(jī)中的采樣收集處理的機(jī)會信 號的一個波長之內(nèi)時，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計算到所選的多個SOP發(fā)射機(jī)26的距離，并且遠(yuǎn)程接收機(jī)對 于二維解計算至少三個機(jī)會信號的相應(yīng)時間偏移量，以及對于三維解計算至少四個機(jī)會信 號的相應(yīng)時間偏移量。優(yōu)選地，選擇各機(jī)會信號，使得它們具有特殊的多樣性，即，SOP發(fā)射 機(jī)的位置在相對于相應(yīng)遠(yuǎn)程接收機(jī)的位置的不同方向鋪開?，F(xiàn)在還參照圖3，遠(yuǎn)程接收機(jī)22i通過將時間偏移量TOi乘以光速度，來將時間偏 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)相對于S0P發(fā)射機(jī)26i的位置差。距離偏差分量對于各機(jī) 會信號是相同的，并且是將要通過遠(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，并且也通過遠(yuǎn)程接收機(jī)來求出。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 位置和時鐘偏移量是通過將所計算出的偽距離和S0P發(fā)射機(jī)26i的已知的XS0Pi，YS0P和ZSQPi 坐標(biāo)代入下式對于二維解，
或者，對于三維解， 其中，對于二維解N≥3，而對于三維解N≥4。按照下式根據(jù)距離偏移量確定相 對于基站接收機(jī)的時鐘偏移量 其中，C是光速度。通過下述方式來計算所述解形成各個所選SOP發(fā)射機(jī)的偽距離方程，并且以已 知方式同時求解方程組，以確定未知的以及三維解中的Zrem0teO有多少個要 求解的未知量就必須形成有至少多少個方程。因此，對于二維解，必須形成至少三個方程。 對于三維，需要至少四個方程。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。啟動時，系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)24的最大數(shù) 據(jù)傳遞延遲，來設(shè)置在遠(yuǎn)程接收機(jī)處的時間。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)將它們的時鐘設(shè)置為一個時間，該時間 是在來自基站接收機(jī)的消息中接收到、因延遲而調(diào)節(jié)的時間。遠(yuǎn)程接收機(jī)保存2或3秒的 信號樣本，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)接收的時間標(biāo)記 后的樣本與所保存的時間標(biāo)記后的樣本對準(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)可以使用來自至少四個SOP發(fā)射機(jī)26i的機(jī)會信號?？商鎿Q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 確定三維位置。如果使用模型，則假如根據(jù)例如，GNSS信號或其它已知信號不能確定海拔 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，通過使用它們的計算出的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)，同時限制更精確的Z— 值，等等，直到在迭代中計算出的和內(nèi)插的位置坐標(biāo)相對于之前的迭代不顯著變化。一旦確定了遠(yuǎn)程接收機(jī)的位置和時鐘偏移量，系統(tǒng)可以將遠(yuǎn)程接收機(jī)時鐘同步到 基站接收機(jī)時鐘，并且使用位置，以在系統(tǒng)提供精確的時間傳遞。基站接收機(jī)可以與基準(zhǔn)時間(如GNSS時間或UTC時間)進(jìn)行時間同步，因此，在 遠(yuǎn)程接收機(jī)處確定的時鐘誤差是相對于基準(zhǔn)時間的時鐘誤差。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)可以計算樣本序列的發(fā) 射時間，并且將該發(fā)射時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)基于相對于計算出的發(fā)射時間的時間偏移離(即，所接收到的計算出的發(fā)射時間和在遠(yuǎn)程接收機(jī)處 序列的接收時間之間的時間差)確定其偽距離。因此，以米為單位的偽距離是乘以了光速 后的時間偏移量。然后，遠(yuǎn)程接收機(jī)按照上述方式基于為多個SOP發(fā)射機(jī)計算出的偽距離 計算其位置。對于具有甚至更嚴(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)會信號相關(guān)聯(lián)的相位信息來代替或另外向遠(yuǎn)程接收機(jī)22,提供與廣播 的機(jī)會信號相關(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)，以確定實際時鐘 頻率。然后，基站接收機(jī)鎖相到廣播的機(jī)會信號，并且對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)測量累計的頻率積分值，以提供包括整數(shù) 和分?jǐn)?shù)載波周期分量的SOP相位測量。以預(yù)定間隔進(jìn)行相位測量，如相對于基準(zhǔn)時間和頻 率以秒為間隔?？梢跃_地測量分?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。基站接收機(jī)20已經(jīng)使用其時鐘21 (該時鐘可以是依賴于GNSS的頻率控制)， 以確定相位測量的定時，因此，相位測量基于要分發(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、測量時間和識別SOP發(fā) 射機(jī)的例如站標(biāo)識符、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)會信號，類似地對它感知的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)接收的第一計數(shù)，遠(yuǎn)程接收機(jī)將 它的整數(shù)周期計數(shù)設(shè)置為基站接收機(jī)所設(shè)置的計數(shù)，并且調(diào)整其時鐘的頻率，使得在遠(yuǎn)程 處的相位測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)使用計算出的頻率誤差將其時鐘頻率同步到基站接收機(jī)時鐘的頻率，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，在航空氣壓測高儀中使用的)確定其相對于基站接收機(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)點是使用廣播的機(jī)會信號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)可以從移動平臺(如，車輛、飛行器、船或衛(wèi)星)進(jìn)行發(fā)送。對于衛(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位置已知的發(fā)射機(jī)發(fā)射的機(jī)會信號確定位置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有時鐘并且位置已知的基站接收機(jī)，該基站接收機(jī)計算到至少三個所述發(fā)射機(jī)的距離并且采樣所述機(jī)會信號，用接收時間、發(fā)射時間或它們兩者對樣本進(jìn)行時間標(biāo)記，并且經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送相應(yīng)的時間標(biāo)記后的樣本序列；一個或更多個遠(yuǎn)程接收機(jī)，該一個或更多個遠(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)會信號的樣本并且對所述機(jī)會信號的樣本進(jìn)行時間標(biāo)記；將經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)接收的時間標(biāo)記后的樣本序列與所保存的時間標(biāo)記后的樣本進(jìn)行關(guān)聯(lián)；針對所述至少三個發(fā)射機(jī)中各個發(fā)射機(jī)，作為在所述遠(yuǎn)程接收機(jī)的接收時間與下述二者中的任意一個或二者的差而確定相關(guān)聯(lián)的時間偏移量該發(fā)射機(jī)的發(fā)射時間和在所述基站接收機(jī)的接收時間，以及通過基于所述時間偏移量確定到所述至少三個發(fā)射機(jī)的偽距離，來確定位置。
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)向所述一個或更多個遠(yuǎn)程接收機(jī)發(fā)送所計算出的距離，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)的所述距離來計算到該發(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)計算出的到所 述至少三個發(fā)射機(jī)的所述偽距離來確定時鐘偏移量。
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)的所述接收時間相對于在所述基站接收機(jī)處計算出的所述發(fā)射時間的時間偏移量， 來計算偽距離。
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以選擇一個或更多個機(jī)會信號來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)會信號的列表，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或更多個機(jī)會 信號來使用。
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)測量和晚的相關(guān) 測量是否對稱，并且如果不對稱，則所述遠(yuǎn)程接收機(jī)以較大的測量的方向來移動所述相位。
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算過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 位的對準(zhǔn)來解決所述遠(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位置已知的發(fā)射機(jī)發(fā)射的機(jī)會信號確定位置的方法，所述方 法包括以下步驟計算從已知位置到至少三個所述發(fā)射機(jī)的距離；在所述已知位置對所述機(jī)會信號進(jìn)行采樣，并且用接收時間、發(fā)射時間或它們兩者對 所述樣本序列進(jìn)行時間標(biāo)記；經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送相應(yīng)的時間標(biāo)記后的樣本序列；在一個或更多個未知位置處，保存所述機(jī)會信號的樣本并且對所述機(jī)會信號的樣本進(jìn)行時間標(biāo)記；將經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)接收的時間標(biāo)記后的樣本序列與所保存的時間標(biāo)記后的樣本進(jìn) 行關(guān)聯(lián)；針對所述至少三個發(fā)射機(jī)中的各個發(fā)射機(jī)，作為在所述未知位置處的接收時間與下述 二者中的任意一個或二者的差而確定相關(guān)聯(lián)的時間偏移量在所述已知位置的接收時間和 該發(fā)射機(jī)的所述發(fā)射時間，以及通過基于所述時間偏移量確定到所述至少三個發(fā)射機(jī)的偽距離來確定位置。
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算出的距離，并且在確 定偽距離時使用所述距離。
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)的距離來計算到該發(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間偏移量。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，基于時間偏移量計算所述偽距離，該時間偏移 量是所述樣本序列在所述遠(yuǎn)程接收機(jī)處的接收時間和在所述基站接收機(jī)處計算出的所述 發(fā)射時間之間的差。
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)計算出的到所述至 少三個發(fā)射機(jī)的所述偽距離來確定時鐘偏移量。
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，其選擇一個或更多個機(jī) 會信號，來在確定位置時使用。
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 以選擇最佳候選機(jī)會信號。
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 一個或更多個機(jī)會信號的可用機(jī)會信號的列表。
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) 測量和晚的相關(guān)測量是否對稱，并且如果不對稱，則以較大的測量的方向移動所述相位。
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算過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或更多個發(fā)射機(jī)發(fā)射的機(jī)會信號經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)確定位置、頻率和時鐘偏移量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有時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)會信號的樣本序列，并且用接收時間、基于計算出的距離而計算出的發(fā)射時間或這兩者對序列進(jìn)行時間標(biāo)記。基站接收機(jī)向遠(yuǎn)程接收機(jī)發(fā)送時間標(biāo)記后的序列并且視情況而定發(fā)送計算出的距離。給定遠(yuǎn)程接收機(jī)保存并且時間標(biāo)記機(jī)會信號的樣本，將時間標(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)的接收時間與下述二者中的任意一個的差而計算時間偏移量在基站接收機(jī)的接收時間和在基站接收機(jī)處計算出的發(fā)射時間。遠(yuǎn)程接收機(jī)基于時間偏移量、以及視情況而定由基站接收機(jī)提供的距離，來計算位置。遠(yuǎn)程接收機(jī)的海拔高度可以作為位置計算的一部分來計算，可以基于將Z坐標(biāo)限制到平均海拔高度來迭代地確定，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)的差來確定。
文檔編號G01S5/10GK101855566SQ200880115646
公開日2010年10月6日 申請日期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 申請人:諾瓦特公司