專利名稱：定位電磁信號源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種估計多個電磁信號源位置的方法和系統(tǒng)
背景技術(shù)：
電磁信號源的一個例子是無線接入點，比如Wi-Fi基站(無線接入點)，其用于通過發(fā)射和接收無線電波形式的電磁輻射與裝置進行無線通信。例如，其他電磁信號源可包括光(紅外)通信裝置和不同種類的電磁/無線信標臺。有時，希望估計電磁信號源的位置。在一個例子中，確定了無線接入點(WAP)、蜂窩電話桅桿和其他電磁信號源的位置及其他屬性的細節(jié)。然后，由用戶操作的裝置可測量在該裝置處檢測到的電磁信號(例如，WAP射頻信號)的屬性，并且可以參考以前確定的位置和其他數(shù)據(jù)來計算用戶的位置。例如，具有Wi-Fi功能的智能手機可確定相鄰WAP的身份及 信號強度，并且可基于上述WAP的已知位置執(zhí)行三角測量法以確定該智能手機(因此確定用戶)的位置。清晰地，信號源(WAP)的方位估計越好，用戶的方位估計就越好。在一個特定的例子中，“沿街掃描”用于確定車輛圍繞其行駛的范圍內(nèi)的無線接入點(WAP)的位置。車輛內(nèi)的全球定位系統(tǒng)(GPS)或類似裝置記錄該車輛的位置，而信號檢測設(shè)備(例如，包括高度定向天線和Wi-Fi接口電路)確定WAP的相對位置和其他屬性。然后，可使用兩部分信息來確定WAP的絕對方位。通過“沿街漫步”可實現(xiàn)類似的過程，其中由人攜帶的縮小型設(shè)備可實現(xiàn)相同的效果。沿街掃描受到精度限制，通過該方法可確定WAP及其他信號源的方位。信號傳播受環(huán)境因素影響，且距離信號源越遠，影響(例如多徑傳播和信號衰減)越顯著。道路上的車輛與WAP基站(典型地安裝在遠離道路的建筑物內(nèi))之間的必要距離可導致WAP位置估計中的明顯誤差，且在該距離可能根本檢測不到其他WAP。這些因素會降低位置服務(wù)的精度，該位置服務(wù)使用來源于沿街掃描的數(shù)據(jù)。沿街漫步允許檢測設(shè)備距離WAP較近，甚至可以在建筑物內(nèi)；但一旦進入到建筑物內(nèi)，由于失去與GPS衛(wèi)星的視線，通常會導致GPS接收器失效。因此，沿街掃描和沿街漫步二者都受到WPA位置估計的精度限制，且在某些情況下由于GPS或類似定位系統(tǒng)的失效，根本無法確定位置。發(fā)明概述本發(fā)明的一個第一方面提供了一種估計多個電磁信號源(比如無線接入點)的方法，包括在第一多個位置進行掃描(例如，使用手持或其他掃描儀，比如手機或筆記本)來生成信號源方位數(shù)據(jù)，該信號源方位數(shù)據(jù)表示一個或多個所述信號源的方位估計；在第二多個位置(與第一多個位置不同)使用信號檢測系統(tǒng)(比如Wi-Fi收發(fā)器)進行掃描來生成信號檢測數(shù)據(jù)，該信號檢測數(shù)據(jù)(例如，包括與接收信號強度有關(guān)的數(shù)據(jù)和WAP基站標識符)與在第二多個位置從信號源接收的信號相關(guān)；根據(jù)該信號檢測數(shù)據(jù)處理該信號源方位數(shù)據(jù)來糾正信號源方位數(shù)據(jù)的估計誤差；以及，輸出(例如，為了在數(shù)據(jù)庫中存儲)已處理的信號源方位數(shù)據(jù)。在一個實施方案中，該信號源方位數(shù)據(jù)表示各個(每個)信號源的方位估計。例如，信號源方位數(shù)據(jù)包括無線接入點(WAP)的2D或3D坐標及其標識符或其他電磁信號源及其標識符，并可包括進一步的信息，比如信號強度、位置精度估計等。該方法可在任何合適的裝置或位置(例如在手機或其他可以執(zhí)行掃描操作的裝置中)和/或遠程服務(wù)器系統(tǒng)中實現(xiàn)。特別地，該處理步驟可以但不必須由相同的處理器、計算機、微控制器或其他裝置來實現(xiàn)，且單個處理步驟可根據(jù)需要細分并分布在不同的處理器。通過使用信號檢測系統(tǒng)(比如Wi-Fi接口)在第二組位置(例如，距離WAP基站更近但在面積上不適于沿街掃描)再次掃描，不需要在第二組位置提供類似GPS功能就可校正信號源的位置估計。雖然校正不能在每一種情況下都能提高特定信號源的方位估計，但是作為整體來看，信號源估計通常會得到提高。當然，信號源的特定環(huán)境和配置以及掃描位置可能會違反這種趨勢(例如，由于在信號高峰點進行掃描，諸如多徑效應的遠距離傳播效應，等)。優(yōu)選地，該信號檢測數(shù)據(jù)包括信號強度、與信號源相關(guān)的MAC地址(對于網(wǎng)絡(luò)裝置，如果有的話)或其他標識符、信號質(zhì)量等中的至少一個。優(yōu)選地，信號源方位數(shù)據(jù)的處理包括將到達時間(TOA)、到達時差(TDOA)、到達角(AOA)和接收信號強度(RSS )算法中的至少一個應用到信號檢測數(shù)據(jù)。 優(yōu)選地，信號源方位數(shù)據(jù)的處理進一步包括使用該信號檢測數(shù)據(jù)來估計該第二多個位置的方位。例如，第二多個位置(即，實現(xiàn)第二組掃描的位置)的方位估計可表示人操作該掃描裝置以允許實現(xiàn)可視化或其他檢查(例如，將估計的掃描位置與其他數(shù)據(jù)相互對照，例如檢查該估計的位置是不是不在墻內(nèi)或其他不可接近及明顯錯誤的位置)。該方法可進一步包括接收表示與該第二多個位置有關(guān)的信息的位置信息數(shù)據(jù)，且處理信號源方位數(shù)據(jù)可進一步包括使用位置信息數(shù)據(jù)來估計該第二多個位置的方位。例如，該位置信息數(shù)據(jù)可包括所述第二多個位置中的至少一個的方位的用戶估計。該位置信息可包括至少一個電磁信號源的方位的用戶估計。有效地，該方法進一步包括通過用戶輸入裝置(比如，手持裝置)輸入該位置信息數(shù)據(jù)。該方法可包括從用戶接收數(shù)據(jù)，這可實現(xiàn)或提高對第二多個位置的估計。該方法可包括從一個或多個附加傳感器接收數(shù)據(jù)，這些傳感器測量與移動、方向或高度有關(guān)的參數(shù)，例如磁力計、加速計、氣壓計中的一個或多個。當估計該第二多個位置的方位時可考慮這些接收的數(shù)據(jù)。位置信息數(shù)據(jù)能提高第二多個位置中的至少一個位置的估計。在一個例子中，如果讀數(shù)出現(xiàn)錯誤，用戶能向近似GPS (如果可用)或其他定位系統(tǒng)讀數(shù)輸入校正值。用戶還可(或者可替代地)輸入附加參考數(shù)據(jù)，比如高度，例如這會克服GPS及相似系統(tǒng)中的高度讀數(shù)的相對誤差。高度可以極其簡單地以用戶所在建筑的層數(shù)的形式輸入；例如，通過平均/通用樓層高度(比如，5米、10米或中間其他值)與層數(shù)相乘并加上該位置的基準高度，或使用有關(guān)該討論中的建筑的更詳細信息或位置來獲取更準確的結(jié)果，可將層數(shù)轉(zhuǎn)化為相對近似的高度。附加地或可替代地，處理信號源方位數(shù)據(jù)可進一步包括根據(jù)環(huán)境模型處理信號檢測數(shù)據(jù)，該環(huán)境模型表示應用于該信號源的環(huán)境因素。這允許考慮不同的環(huán)境因素(比如建筑物內(nèi)人口密度、是否有不同的結(jié)構(gòu)特性、墻的厚度、表面的反射等等)以提高估計精度。在這種情況下，優(yōu)選地，該方法進一步包括接收環(huán)境模型選擇數(shù)據(jù)和環(huán)境模型參數(shù)數(shù)據(jù)中的至少一個，該環(huán)境模型選擇數(shù)據(jù)表示選擇環(huán)境模型，該環(huán)境模型參數(shù)數(shù)據(jù)表示選擇該環(huán)境模型的至少一個參數(shù)，以及，依據(jù)所述環(huán)境模型選擇數(shù)據(jù)和環(huán)境模型參數(shù)數(shù)據(jù)中的至少一個來處理信號檢測數(shù)據(jù)。該方法可進一步包括通過用戶輸入裝置輸入所述環(huán)境模型選擇數(shù)據(jù)和環(huán)境模型參數(shù)數(shù)據(jù)的至少一個?？商娲?，例如，在具有適當知識、經(jīng)驗或訓練的調(diào)查員或系統(tǒng)操作員完成調(diào)查之后，可將該選擇數(shù)據(jù)或參數(shù)數(shù)據(jù)輸入到其他地方。在另一個實施方案中，可以(適當?shù)某潭?自動地推斷出(例如，由傳感裝置或交叉參考相關(guān)地理數(shù)據(jù)的估計掃描位置)該模型或模型參數(shù)。根據(jù)特定可測因素，可使用不同的環(huán)境模型。例如，可根據(jù)掃描位置在室內(nèi)或室外來使用不同的環(huán)境模型(例如，斯坦福大學過渡，sn，模型)。本質(zhì)上，用于在此描述的處理步驟中的任何適當?shù)臄?shù)據(jù)，可以由用戶在掃描站點(例如，使用手持裝置)或者在遠程(與掃描過程同步或者在以后的時間/日期)適度地輸入。此外，優(yōu)選地，信號源方位數(shù)據(jù)處理進一步包括根據(jù)信號檢測數(shù)據(jù)來生成進一步的信號源方位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表示對信號源的新估計。例如，可以繪制這些進一步的信號源數(shù) 據(jù)(例如，WAP基站的一系列更新的估計坐標)以允許信號源位置的之前與當前方位估計的視覺對比。如前面一樣，這些新的估計數(shù)據(jù)可以相互參照，例如，用來檢查該新的估計位置是否可"[目。優(yōu)選地，該方法進一步包括處理信號源方位數(shù)據(jù)和該進一步的信號源方位數(shù)據(jù)，以確定對該信號源方位數(shù)據(jù)的適當調(diào)整?？刹捎萌魏芜m當?shù)倪^程來確定適當?shù)恼{(diào)整，例如，包括最小平方估計法。該方法還進一步包括處理信號檢測數(shù)據(jù)以估計在第一多個位置上沒有檢測到的附加信號源的位置，以及，向信號源方位數(shù)據(jù)添加附加信號源方位數(shù)據(jù)。因此，例如，第二掃描階段(在第二組位置)可能發(fā)現(xiàn)在第一掃描階段(在第一組位置)中沒有發(fā)現(xiàn)的信號源匕如，WAP基站)。優(yōu)選地，在第一多個位置進行掃描包括在第一多個位置進行掃描以生成初始信號檢測數(shù)據(jù)，該初始信號檢測數(shù)據(jù)與在第一多個位置從信號源接收的信號有關(guān)；依據(jù)第一掃描方位數(shù)據(jù)處理該初始信號檢測數(shù)據(jù)，該第一掃描方位數(shù)據(jù)表示第一多個位置各自的方位，以生成方位估計數(shù)據(jù)。因此，信號源可用于兩個階段以協(xié)助信號源的方位估計。在第一多個位置進行掃描可包括使用該(上述)信號檢測系統(tǒng)來生成初始信號檢測數(shù)據(jù)?？商娲?，視情況而定可使用不同的信號檢測系統(tǒng)。例如，在第一掃描階段可使用更精密的車載設(shè)備，并且在第二掃描階段可使用不太精密但移動性更好的設(shè)備。該方法可進一步包括在第一多個位置中的每一個上使用定位系統(tǒng)(可以是絕對定位系統(tǒng)，例如全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，比如GPS或AGPS、GL0NASS、北斗-2或伽利略)來生成第一掃描方位數(shù)據(jù)。例如，該定位可包括GPS/AGPS裝置、基于蜂窩塔的三角測量、慣性傳感器、GIS或結(jié)合兩個或多個此類子系統(tǒng)的混合系統(tǒng)?？商娲?，還可以使用手工方法，例如由掃描設(shè)備的操作員使用數(shù)據(jù)錄入。例如，可使用傳統(tǒng)的印刷地圖來建立每個位置的方位。視需要，確定該位置的其他過程當然可能的?？商峁┮粋€用戶接口以使得用戶能夠輸入數(shù)據(jù)，比如對GPS的GPS輔助數(shù)據(jù)(估計位置、時間、星歷表等)，來實現(xiàn)或提高定位系統(tǒng)的性能。該方法可包括從一個或多個附加傳感器接收數(shù)據(jù)，這些傳感器測量有關(guān)移動、方向或高度的參數(shù)，例如，磁力計、加速計、氣壓計中的一個或多個。通常情況下，該定位系統(tǒng)在第一多個位置比在第二多個位置上更加有效。此外，在第二多個位置的至少一個位置中，該定位系統(tǒng)可能無法操作(或真正不能操作的占第二多個位置中的25%、50%、75%、80%、90%或95%以上)。例如，該第二多個位置可部分(例如25%、50%、75%、80%、90%或95%以上)或全部位于室內(nèi)，這阻礙了 GPS或其他絕對/全球定位系統(tǒng)的有效操作。相反地，信號檢測系統(tǒng)通常在第二多個位置比在第一多個位置上更加有效。例如，信號檢測系統(tǒng)可能只在距離信號源相對很近或檢測系統(tǒng)與信號源之間沒有衰減材料的情況下起作用(或作用更有效)，例如部分(比如25%、50%、75%、80%、90%或95%以上)或全部室內(nèi)或沒有墻體阻隔。例如，可能的是，該第一多個位置(例如，受要求所限，比如允許車輛通過)通常會距離(多數(shù))信號源太遠而不能有效檢測。該方法可進一步包括使用信號檢測系統(tǒng)在進一步的多個位置掃描以生成進一步的信號檢測數(shù)據(jù)，并依據(jù)進一步的信號檢測數(shù)據(jù)進一步處理該信號源方位數(shù)據(jù)。因此，可以重復一次、兩次、三次或甚至更多次第二掃描階段，以進一步改善方位估計的精度。
在進一步的實施方案中，一個第二 (或進一步的)信號檢測系統(tǒng)可用在第一或第二(或進一步的)多個掃描位置，以補充該(第一)信號檢測系統(tǒng)，并進一步提高位置估計的精度。不需要在大體上相同的時間(在同一天或同一星期等)上實現(xiàn)掃描的第一、第二及(可選地)進一步的階段。該方法可進一步包括處理該信號源方位數(shù)據(jù)以生成表示信號源地圖的地圖數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，術(shù)語“地圖”是指包括數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)編碼和/或識別至少一個地理位置或其他位置。例如，地圖可以是一組記錄，其中每個記錄提供信號源的2D或3D坐標，并且還可包括有關(guān)該信號源的進一步數(shù)據(jù)，比如指定的名字或標識符。例如，該地圖可在計算機可讀信號或媒質(zhì)或以人類可讀形式(例如，在傳統(tǒng)地理平面圖上重疊)的信號源的物理表示中實現(xiàn)。例如，該地圖可被編碼為任何合適的格式，比如GIS文件標準。該信號源可以是無線接入點，比如無線通信網(wǎng)絡(luò)中的基站。該信號源可以是Wi-Fi或Wi-Max基站、GSM或其他蜂窩通信塔、無線電發(fā)射機或信標發(fā)射機、或任何其他合適的電磁信號源。例如，該信號源可促進單向(比如簡單的發(fā)射機)或雙向(比如網(wǎng)絡(luò)節(jié)點)通信。通過無線接入點可傳輸信號檢測數(shù)據(jù)、信號源方位數(shù)據(jù)和已處理的信號源方位數(shù)據(jù)中的至少一個。例如，這便于在有限計算能力及存儲的手持裝置和遠程服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫間分布數(shù)據(jù)處理?？商娲?，所有處理和掃描功能可使用同一裝置來實現(xiàn)。典型地，使用手持式便攜裝置來實現(xiàn)至少一部分掃描。例如，可通過使用配有相應設(shè)備的手持裝置(比如，適當配置的手機、筆記本或為特定應用定制的手持裝置)來實現(xiàn)第二掃描階段(在第二多個位置)及視需要而定的第一掃描階段(在第一多個位置)。附加地或可替代地，至少一部分掃描可通過使用車載便攜裝置來實現(xiàn)。例如，至少第一掃描階段可通過使用車載裝置來實現(xiàn)，該車載裝置與手持裝置相比具有更好的能力和選擇性(例如，使用定向天線)。該方法可進一步包括存儲已處理的信號源方位數(shù)據(jù)；接收來自用戶裝置(比如，移動電話或其他便攜裝置)的用戶位置請求，該用戶位置請求包括從與用戶裝置相關(guān)的信號檢測系統(tǒng)處得到的數(shù)據(jù)；根據(jù)用戶位置請求數(shù)據(jù)處理已存儲的信號源方位數(shù)據(jù)來生成用戶位置數(shù)據(jù)，這些用戶位置數(shù)據(jù)表示用戶裝置的位置估計；以及，輸出該用戶位置數(shù)據(jù)。因此，上述方法可與用戶位置服務(wù)相結(jié)合。用戶位置方法可在用戶裝置或遠程服務(wù)器(或其他地方，例如通過互聯(lián)網(wǎng))中使用附加的系統(tǒng)來輔助估計用戶裝置的位置。例如，可使用用戶裝置中內(nèi)置的GPS接收器。該方法可包括識別一個或多個位置，在這些位置處無法提供用戶位置服務(wù)或用戶位置服務(wù)精度低于一個門限，并定位一個或多個進一步的電磁信號源以提供或提高在所述被識別位置中用戶位置服務(wù)的精度。然后，在進一步的第二組位置掃描該新信號源。在所述任何方法中，掃描可由用戶在多個位置間(比如，第一多個位置間，和/或第二多個位置間)移動來實現(xiàn)，例如步行、通過車輛或其他方式。用戶可與任何類型的硬件交互以促進上述(下述)任何其他方法步驟。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種估計多個電磁信號源位置的方法，包括輸入信號源方位數(shù)據(jù)，表示一個或多個所述信號源的方位估計的信號源方位數(shù)據(jù)是通過在第一多個位置進行掃描所獲得的；輸入信號檢測數(shù)據(jù)，該信號檢測數(shù)據(jù)與在第二多個位置從信 號源接收的信號有關(guān)；依據(jù)信號檢測數(shù)據(jù)處理該信號源方位數(shù)據(jù)，以校正信號源方位數(shù)據(jù)中的估計誤差；以及，輸出已處理的信號源方位數(shù)據(jù)。本方法會應用到特定應用上，例如，用于與計算機代碼有關(guān)的服務(wù)器上，該服務(wù)器可通過網(wǎng)絡(luò)或其他通信鏈路與在掃描位置的用戶裝置通信。在本發(fā)明的進一步方面中，提供了一種用計算機程序代碼編程的便攜式裝置，使得該便攜式裝置能實現(xiàn)上述方法。仍是在本發(fā)明的進一步方面中，提供了一種用計算機程序代碼編程的服務(wù)器，使得該便攜式裝置能實現(xiàn)上述方法。盡管根據(jù)附圖的上述本發(fā)明實施方案包括由計算機設(shè)備執(zhí)行的方法以及計算機設(shè)備，本發(fā)明還擴展至程序指令，特別是在載體上或載體中的程序指令，這些指令被適配為執(zhí)行本發(fā)明的過程或使得計算機作為本發(fā)明的計算機設(shè)備來運行。程序可以是源代碼、目標碼、中間源代碼的形式(比如部分編譯形式)、或適合用于根據(jù)本發(fā)明過程的實現(xiàn)的任何其他形式。載體可以是任何能承載該程序指令的實體或裝置例如，載體可包括存儲媒質(zhì)(比如，R0M，例如⑶ROM或半導體ROM)或磁記錄媒質(zhì)(例如軟盤、硬盤或閃存、光存儲器等)。此外，該載體可以是可傳輸載體，比如電信號或光信號，這些信號可通過電線或光纖或通過無線電或其他方式傳遞。當程序包含在可直接通過電纜傳遞的信號內(nèi)時，該載體可由此類電纜或其他裝置或工具組成。盡管上面分別描述了本發(fā)明的不同方面和實施方案，但本發(fā)明的任何方面和特征可與任何其他合適的方面、實施方案或特征一起使用。例如，設(shè)備特征可與方法特征適當互換。


根據(jù)以下附圖，現(xiàn)在展示本發(fā)明的一個實例實施方案，其中圖I是一種使用Wi-Fi無線接入點(WAP)信號源定位用戶裝置的系統(tǒng)的概圖；圖2是展示一種定位供圖I系統(tǒng)中使用的無線接入點(WAP)的方位的過程的流程圖；圖3是根據(jù)圖2的過程掃描建筑物內(nèi)的一組無線接入點(WAP)的第一階段的圖示；
圖4是在圖2過程中的第一掃描階段后圖3中WAP的估計方位的圖示；圖5是圖3中建筑物內(nèi)一組無線接入點(WAP)的第二掃描階段的圖示；圖6是在圖5所示的第二掃描階段期內(nèi)掃描儀的估計方位的圖示；圖7是在圖5的過程中的第二掃描階段后，圖3中WAP的估計位置的圖示；圖8是三角測量無線接入點(WAP)的方位的過程的圖示；圖9是適用于至少圖2過程的第一階段的專用掃描儀系統(tǒng)的原理圖；圖10是適用于圖2過程的第一和第二階段的手持裝置的原理圖；以及圖11是一種使用圖2過程中生成的數(shù)據(jù)定位用戶裝置的系統(tǒng)的概圖。 示例實施方案的詳細說明在此將描述一種定位電磁信號源的方法和系統(tǒng)，其中通過交叉參考在用戶裝置上接收的信號與之前使用上述方法和系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)來定位用戶裝置的系統(tǒng)的特定(但不唯一)應用。因此，對固定電磁信號源的位置進行估計。對固定電磁信號源的位置估計誤差進行校正。生成的固定電磁信號源位置隨后作為參考點用于定位(典型地移動)用戶裝置。在一個特定實施方案中，描述了一種涉及動態(tài)確定基于無線技術(shù)的定位系統(tǒng)中的無線接入點(WAP)或無線信標的位置(如方位坐標)的方法。顯著地，本文所述的無線標準是Wi-Fi，且定位系統(tǒng)是基于Wi-Fi的系統(tǒng)，但本方法可同樣用于其他相關(guān)標準，比如藍牙或射頻(RF)和其他系統(tǒng)。此外，該方法還可用于確定其他通信技術(shù)中的基站位置，比如移動通信(例如，比如GSM和CDMA)、Wi-Max等。在基于Wi-Fi的定位系統(tǒng)中，WAP的坐標/位置與其他信號處理算法一起使用，以估計用戶在無線局域網(wǎng)(WLAN)中的位置。在此，用戶可以在WLAN內(nèi)移動或固定，且具有帶有任何內(nèi)置或外置Wi-Fi功能的裝置。該裝置還可以具有連接到互聯(lián)網(wǎng)從而與中心服務(wù)器交換參數(shù)的功能，例如，Wi-Fi系統(tǒng)參數(shù)(比如，Mac地址、信號強度、其坐標等)。一個例子是手機用戶使用內(nèi)置的Wi-Fi連接到互聯(lián)網(wǎng)。因此，在這個定位方法中，用戶的定位精度主要依賴各個WLAN中已知WAP方位的精度。上述沿街掃描和沿街漫步是確定和/或繪制WAP方位的技術(shù)。圖I是一種使用Wi-Fi無線接入點(WAP)信號源定位用戶裝置的示例系統(tǒng)的概圖。用戶裝置102由用戶(未示出)操作并包含一個Wi-Fi適配器(仍未示出)。多個無線接入點(WAP)104、106、108、110、112位于緊鄰用戶的兩個建筑物114、116內(nèi)。由于信號衰減、發(fā)射功率受限及其它因素，用戶裝置102內(nèi)的Wi-Fi適配器只能檢測到WAP 104、106、110、112。用戶裝置102檢測不到WAP108。還可以存在GSM (移動電話)桅桿118和其它部件，并且可以它們的特性及其它電磁信號源進行測量并用于定位系統(tǒng)。用戶裝置102可測量信號的某些特征，或者關(guān)于信號質(zhì)量(比如信號強度、入射角等)或關(guān)于信號承載的數(shù)據(jù)(比如MAC地址或與發(fā)射WAP相關(guān)聯(lián)的其它標識符)。該系統(tǒng)處理不同的信號特征，并將該特征與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)相比較。如同以下的詳細描述一樣，本定位系統(tǒng)可使用已存儲的與某些或所有WAP 104、106、110、112有關(guān)的數(shù)據(jù)來三角定位(或以其他方式確定)用戶裝置102的方位，然后是用戶的方位?，F(xiàn)在將描述一種方法和系統(tǒng)，其中可基本上克服沿街掃描和沿街漫步兩個方法中的缺點，使用多階段處理和使用動態(tài)及自我校正遞歸技術(shù)來精確地確定建筑物內(nèi)及惡劣環(huán)境中(例如，有許多障礙物)WAP的位置坐標。從此開始，搜索和確定WAP的位置坐標將被分另Ij稱為“掃描”和“繪圖”。圖2是展示定位供圖I系統(tǒng)中使用的無線接入點(WAP)的方位的過程的流程圖。在步驟S200中，即在該過程的第一階段，在第一組位置掃描信號源(來自WAP的信號)?？墒褂貌煌膾呙柽^程，例如，使用手持裝置(比如，移動電話、智能手機或其他裝置)，在建筑物外部或內(nèi)部(本實施方案中)掃描。在可替代的實施方案中，該第一組位置由執(zhí)行沿街掃描過程的車輛的路線形成。如上述及下述(例如，關(guān)于圖7)，在掃描過程中收集的數(shù)據(jù)用于生成信號源(WAP)的方位估計。然后存儲這些估計的位置(在步驟S202中)。在第一掃描階段中，通常(但不必須)通過結(jié)合全球或絕對定位系統(tǒng)(比如GPS或AGPS)的輸出與相對定位系統(tǒng)(比如使用WAP信號強度(在以下再次更詳細描述)的三角測量法)的結(jié)果來估計WAP的方位。例如，在另一個實施方案中，第一組估計位置只是從進行掃描的建筑物或位置的地圖或平面圖中獲取，并由用戶直接使用裝置的用戶界面輸入到處理軟件中。在這種情況下，可概括地解釋為術(shù)語“掃描”。
在步驟S204中，即在該過程的第二階段，再次在第二組位置掃描信號源(WAP信號)。在優(yōu)選的實施方案中，第二組位置是掃描技工的路線，通常在建筑物中或建筑物內(nèi)，該建筑物已在第一階段由沿街掃描在遠處掃描過。在其他的實施方案中，該掃描自動執(zhí)行并且也可以由相同或不同配置的沿街掃描設(shè)備來執(zhí)行。掃描位置可由技工“當場”選擇或?qū)崟r或在掃描操作前確定為階段I收集結(jié)果的分析結(jié)果，例如參考與掃描環(huán)境和建筑物和其中其他結(jié)構(gòu)有關(guān)的地理和/或商業(yè)數(shù)據(jù)。在步驟206中記錄掃描結(jié)果。如以下更詳細描述的，用戶還可以記錄他們自己對第二組位置的方位估計，或可以輸入對自動獲得(例如，由GPS)的方位估計的校正值(在適當情況下)，并且還可以輸入環(huán)境模型的選擇用于應用和/或用于這個模型(如以下更詳細說明)的參數(shù)。用戶還可以輸入數(shù)據(jù)以實現(xiàn)或提高參考定位系統(tǒng)的性能，比如用于GPS的GPS輔助數(shù)據(jù)(估計方位、時間、星歷表等)。用戶可以輸入地圖中部分或全部第二組位置的方位。輸入部分或全部第二組位置的方位的能力可能非常有利，這是因為這可以校正由第一多個位置的估計方位誤差引起的誤差。 在步驟S208中，使用掃描過程第二階段的結(jié)果處理和校正第一組估計的WAP位置(或其他信號源的位置，比如移動電話桅桿等)。在以下更詳細描述這個過程。然后在步驟S210中輸出校正后的估計。在第一個實施方案中，執(zhí)行繪圖過程的用戶或用戶組具有輕巧的用戶裝置(比如智能手機、筆記本等)或帶有Wi-Fi功能以及優(yōu)選地其他定位系統(tǒng)能力(比如GPS/AGPS、基于蜂窩塔的定位系統(tǒng)等)的復雜電子裝置(比如定制計算裝置、放大器、天線等)。這些裝置可以具有可以輔助定位的附加傳感器，例如，加速計、磁力計等。這些裝置還可以具有不同于Wi-Fi的連接到互聯(lián)網(wǎng)的能力，比如通過無線互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商網(wǎng)關(guān)。例如,用戶可以配備有Satsis專利軟件,該軟件運行在帶有或沒有任何操作系統(tǒng)的用戶移動裝置上并具有微控制器、GPS/AGPS和Wi-Fi硬件功能。本質(zhì)上，在此描述的包括多個掃描階段的所有掃描和繪圖過程可通過使用軟件(比如，需要的時候，使用前述的硬件)來實現(xiàn)。需要的時候，選中的軟件可以能夠使用用戶的輸入來記錄有關(guān)正在進行掃描/繪圖的區(qū)域/地點的信息，比如方位坐標、建筑物類型、高度信息(比如掃描樓層等)、城市或鄉(xiāng)村類型等。
圖3是根據(jù)圖2的過程掃描建筑物內(nèi)一組無線接入點(WAP)的第一階段的個圖
/Jn o在圖3中，建筑物300包括6個WAP 302、304、306、308、310、312。在建筑物四周選擇九個掃描點320、322、324、326、328、330、332、334、336，盡管實際上可能比所有邊少，例如可以僅沿著建筑物的一個或兩個邊(例如，取決可接入性)。將認識到，例如，根據(jù)建筑物大小和環(huán)境復雜度，會發(fā)現(xiàn)更多或更少的WAP，且可使用更多或更少的掃描(及相應的掃描位置)。WAP (圓形所示)放置在代表性的建筑物內(nèi)的不同地方。在本實施方案中，帶有用戶裝置(比如帶有Wi-Fi和GPS/AGPS功能的智能手機)的前述用戶能夠從圍繞建筑物外部(矩形框所示)的不同地方掃描這個建筑物。在每個地方用戶通過GPA/AGPS記錄Wi-Fi掃描參數(shù)，比如信號強度、可見WAP的MAC地址、信號質(zhì)量等，以及用戶自己的方位。用戶還 可以記錄來自觀測結(jié)果和/或已有知識的其他有用的環(huán)境特定數(shù)據(jù)，比如建筑物高度和類型、靠近掃描位置的物理信號障礙物的個數(shù)和類型等。如果可用，該用戶還可記錄來自裝置上或裝置內(nèi)的附加傳感器的數(shù)據(jù)來輔助定位。例如，他們可以記錄從磁力計接收的頭數(shù)據(jù)、從氣壓計接收的高度信息等。如上所述，除GPS及其變形外，任何其他定位系統(tǒng)或方法還可用于定位用戶的方位，比如基于三角測量法的蜂窩塔、慣性傳感器、用戶方位輸入、GIS等、或組合這些技術(shù)的任何混合系統(tǒng)。如圖3所示，可從外部多個位置掃描多個WAP。例如，從三個位置掃描WAP 302、304，從兩個位置掃描WAP 310,312,以及從一個位置掃描WAP308。沒有從任何位置掃描WAP306，這是由于其中心位置位于建筑物內(nèi)，且從外部掃描位置缺乏信號可見性。來自掃描過程的記錄由安裝在裝置中的軟件使用多種信號處理算法共同處理，以確定不同地點的用戶位置與可見無線接入點之間的距離，并隨后創(chuàng)建這些WAP的地圖。存在多種距離測量算法以允許使用Wi-Fi或其他類似系統(tǒng)進行定位。例如，這些算法包括到達時間(T0A)、到達時間差(TD0A)、到達角(A0A)、接收信號強度(RSS)等。根據(jù)軟件、移動裝置和WAP的技術(shù)能力，通常采用基于RSS的距離測量算法，但視情況而定還可以使用其他算法。在RSS算法中，在接收器(用戶)的Wi-Fi信號強度(功率)可通過與來自無線源(WAP)的信號的發(fā)射強度相比較來測量，并通過以下空白處的數(shù)學方程給出
權(quán)利要求
1.一種估計多個電磁信號源位置的方法，包括 在第一多個位置進行掃描來生成信號源方位數(shù)據(jù)，該信號源方位數(shù)據(jù)表示一個或多個所述信號源的方位估計； 使用信號檢測系統(tǒng)在第二多個位置進行掃描來生成信號檢測數(shù)據(jù)，該信號檢測數(shù)據(jù)與在第二多個位置處從信號源接收的信號相關(guān)； 根據(jù)該信號檢測數(shù)據(jù)處理該信號源方位數(shù)據(jù)來校正在信號源方位數(shù)據(jù)中的估計誤差；以及 輸出該已處理的信號源方位數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中處理該信號源數(shù)據(jù)進一步包括使用該信號檢測數(shù)據(jù)來估計該第二多個位置的方位。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，進一步包括表示有關(guān)該第二多個位置的信息的接收位置信息數(shù)據(jù)，且其中處理該信號源方位數(shù)據(jù)進一步包括使用該位置信息數(shù)據(jù)來估計該第二多個位置的方位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中該位置信息數(shù)據(jù)包括所述第二多個位置中至少一個的方位的用戶估計。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進一步包括通過一個用戶輸入裝置輸入該位置信息數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中處理信號源方位數(shù)據(jù)進一步包括根據(jù)一個環(huán)境模型處理該信號檢測數(shù)據(jù)，該環(huán)境模型表示應用到該信號源的多個環(huán)境因素。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括接收以下內(nèi)容中的至少一個表示選擇環(huán)境模型的環(huán)境模型選擇數(shù)據(jù)以及表示選擇環(huán)境模型的至少一個環(huán)境參數(shù)的環(huán)境模型參數(shù)數(shù)據(jù)，以及根據(jù)環(huán)境模型選擇數(shù)據(jù)和該環(huán)境模型參數(shù)數(shù)據(jù)中的所述至少一個來處理該信號檢測數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括通過一個用戶輸入裝置輸入環(huán)境模型選擇數(shù)據(jù)和環(huán)境模型參數(shù)數(shù)據(jù)中的所述至少一個。
9.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中處理信號源方位數(shù)據(jù)進一步包括根據(jù)該信號檢測數(shù)據(jù)生成進一步的信號源方位數(shù)據(jù)，該信號源方位數(shù)據(jù)表示信號源的新估計。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括處理該信號源方位數(shù)據(jù)和該進一步的信號源方位數(shù)據(jù)來確定對該信號源方位數(shù)據(jù)的適當調(diào)整。
11.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，進一步包括處理該信號檢測數(shù)據(jù)來估計在第一多個位置上沒有檢測到的附加信號源的位置，并添加附加信號源方位數(shù)據(jù)到該信號源方位數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中在第一多個位置進行掃描包括 在第一多個位置進行掃描來生成初始信號檢測數(shù)據(jù)，該初始信號檢測數(shù)據(jù)與在第一多個位置處從信號源接收的信號相關(guān)； 根據(jù)第一掃描方位數(shù)據(jù)處理該初始信號檢測數(shù)據(jù)，該第一掃描方位數(shù)據(jù)表示該第一多個位置中每一個的方位，以生成方位估計數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在第一多個位置進行掃描包括使用該信號檢測系統(tǒng)來生成該初始信號檢測數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，進一步包括在該第一多個位置的每一個位置上使用定位系統(tǒng)來生成第一掃描方位數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，該定位系統(tǒng)在第一多個位置通常比在第二多個位置更有效。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中該信號檢測系統(tǒng)在第二多個位置通常比在第一多個位置更有效。
17.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，進一步包括使用信號檢測系統(tǒng)在進一步的多個位置上進行掃描來生成進一步的信號檢測數(shù)據(jù)，以及根據(jù)該進一步的信號檢測數(shù)據(jù)來進一步處理該信號源方位數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，進一步包括處理該信號源方位數(shù)據(jù)來生成表示信號源地圖的地圖數(shù)據(jù)。
19.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中該信號源是無線接入點，比如無線通信網(wǎng)絡(luò)中的基站。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，通過該無線接入點傳送該信號檢測數(shù)據(jù)、該信號源方位數(shù)據(jù)和該已處理信號源方位數(shù)據(jù)中的至少一個。
21.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中至少一部分掃描是使用手持式便攜裝置來完成的。
22.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中至少一部分掃描是使用車載便攜裝置來完成的。
23.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，進一步包括 存儲該已處理信號源方位數(shù)據(jù)； 接收來自用戶裝置的用戶位置請求，該用戶位置請求包括從一個與該用戶裝置相關(guān)聯(lián)的信號檢測系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)； 根據(jù)該用戶位置請求數(shù)據(jù)處理已存儲的信號源方位數(shù)據(jù)來生成表示該用戶裝置的位置估計的用戶位置數(shù)據(jù)；以及 輸出該用戶位置數(shù)據(jù)。
24.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中該掃描是由用戶在多個位置間移動來完成的。
25.一種估計多個電磁信號源位置的方法，包括 輸入信號源方位數(shù)據(jù)，該信號源方位數(shù)據(jù)表示通過在多個第一位置進行掃描獲得的一個或多個所述信號源的方位估計； 輸入信號檢測數(shù)據(jù)，該信號檢測數(shù)據(jù)與在第二多個位置從該信號源接收的信號相關(guān)； 根據(jù)該信號檢測數(shù)據(jù)處理該信號源方位數(shù)據(jù)來校正該信號源方位數(shù)據(jù)中的估計誤差；以及 輸出該已處理的信號源方位數(shù)據(jù)。
26.一種實際體現(xiàn)計算機程序代碼的計算機可讀媒質(zhì)，該計算機程序代碼使得計算機執(zhí)行如權(quán)利要求I至25中的任一項所述的方法。
27.一種用計算機程序代碼編程的便攜式裝置，該計算機程序代碼使得計算機實現(xiàn)如權(quán)利要求I至25中任一項所述的方法。
28.一種用計算機程序代碼編程的服務(wù)器，該計算機程序代碼使得該便攜式裝置執(zhí)行如權(quán)利要求25所述的方法。
29.一種實質(zhì)上參照圖I至11在此描述的方法。
30.一種實質(zhì)上參照圖I至11在此描述的設(shè)備。
全文摘要
在此披露了一種估計多個電磁信號源位置的方法，包括在第一多個位置進行掃描以生成信號源方位數(shù)據(jù)，該信號源方位數(shù)據(jù)表示至少一個所述信號源的方位估計；在第一多個位置使用信號檢測系統(tǒng)進行掃描以生成信號檢測數(shù)據(jù)，該信號檢測數(shù)據(jù)與在該第二多個位置處從該信號源接收的信號相關(guān)；根據(jù)該信號檢測數(shù)據(jù)處理該信號源方位數(shù)據(jù)來校正該信號源方位數(shù)據(jù)中的估計誤差；并輸出該處理后的信號源方位數(shù)據(jù)。
文檔編號G01S5/04GK102803985SQ201080064669
公開日2012年11月28日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者T·S·阿斯蘭, Z·U·塞瓦克, F·阿爾舍利 申請人:知維科技有限公司