專利名稱：用于定位蜂窩電話及類似發(fā)射裝置的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及定位蜂窩電話和其它移動發(fā)射機的功能，尤其涉及一種方法和設備，它使用兩階段測量方法，即包括較長范圍、可變精度技術與較短范圍、較高精度技術的結(jié)合。
隨著移動電話，或蜂窩電話，及它們的技術與使用的迅速增長，在許多應用中需要定位蜂窩電話和類似發(fā)射機的能力。這些應用場合包括“911”呼叫，旅游和交通信息，商業(yè)跟蹤政府機關和被偷竊的車輛，及確定未授權的蜂窩電話的使用和非法活動，可能還可舉出一些例子。基本蜂窩電話系統(tǒng)只能確定最近的蜂窩電話基站，基站可在3-10英里范圍內(nèi)定位蜂窩電話。
與移動電話一起使用的任何定位系統(tǒng)的目標是盡量多地使用現(xiàn)有的設備或至少與現(xiàn)有設備相兼容，例如與未經(jīng)改進的移動電話一起使用并與現(xiàn)有蜂窩基站相兼容。
現(xiàn)在已有許多技術可以跟蹤或定位無線發(fā)射機。如LORAN和GPS系統(tǒng)，這種定位蜂窩電話的過程包括精確地測量同一信號到達多個基站的時間并比較這些時間以確定各個基站接收信號的時間差。Tdoa技術并不要求對發(fā)射機進行改進，因為它們基于正常信號傳輸來操作Tdoa技術也與現(xiàn)有的蜂窩電話和基站的全向天線相兼容。
Tdoa技術與尋向技術相結(jié)合并應用于移動電話的一項應用在美國專利No.5,317,323中描述，在那里描述的系統(tǒng)在接收機端使用GPS定時信號以確定信號接收的時間。用尋向技術減少多經(jīng)干擾和同信道間干擾。不幸的是，使用尋向技術要求使用可變向的天線或天線陣列，因此就與蜂窩電話工業(yè)中使用的現(xiàn)有全向天線結(jié)構不兼容，既使是也可用于蜂窩電話的分區(qū)(sectoreod)天線也不能提供足夠的精度。該專利闡述了去除多經(jīng)干擾的重要性。任何移動電話定位系統(tǒng)的一個目標是能夠區(qū)分蜂窩電話發(fā)來的直達信號與同一發(fā)射信號經(jīng)過建筑物和其它反射體反射而到達的多經(jīng)反射信號。經(jīng)過較長和不確定路徑到達接收機的反射信號提供較低精度的定位信息。
一種類似的定位蜂窩電話的方法在美國專利No.5,327,144中描述，這種方法使用tdoa技術通過收集蜂窩電話在反向控制信道上發(fā)射的所有數(shù)據(jù)并交叉相關此數(shù)據(jù)，來標識和定位蜂窩手機，這種方法在使用tdoa技術與不加改進的蜂窩電話時有一個固有的缺陷，即只能限定在30KHz的傳輸信道上測量信號。這種受限的帶寬就限制了在理想情況下tdoa測量的精度理論上為300英尺。當遇到任何多經(jīng)或相鄰信道間干擾時，精度還會大大地下降。
相應地，本發(fā)明的一個目的是提供一種設備和方法以確定蜂窩電話和類似發(fā)射機的位置并提供較高的精度。
本發(fā)明的另一個目的是不用特別地改造普通的蜂窩電話和類似的發(fā)射機就可以進行位置確定。
本發(fā)明還有一個目的是在存在較強多經(jīng)反射信號的情況下進行位置確定。
本發(fā)明還有一個目的是使用一般用于蜂窩電話操作的天線和天線結(jié)構來進行位置確定。
在一個實施方式中，本發(fā)明提供一種用來確定蜂窩電話或類似發(fā)射機位置的方法，此方法包括步驟在預定的范圍內(nèi)，通過在多個位置接收傳輸信號并對所接收到的信號進行處理來確定電話或發(fā)射機的大致的位置；在電話或發(fā)射機的預定范圍內(nèi)用便攜接收機接收電話或發(fā)射機發(fā)射的信號；根據(jù)由便攜式接收機接收的發(fā)射信號確定蜂窩電話或發(fā)射機的準確位置。
在另一種實施方式中，本發(fā)明提供一個設備以確定蜂窩電話或類似發(fā)射機的位置，它包括用于在預定的范圍內(nèi)確定電話或發(fā)射機的大致位置的裝置，包括在多個位置接收傳輸信號的裝置和處理接收到的信號的裝置；和能在電話或發(fā)射機的預定范圍內(nèi)移動的便攜接收裝置以從電話或發(fā)射機接收信號；還包括通過處理接收到的發(fā)射信號來確定蜂窩電話或發(fā)射機精確位置的裝置。
本發(fā)明結(jié)合附圖加以描述，附圖中

圖1是按照本發(fā)明的一個實施方式的部分原理而構造的設備的系統(tǒng)方框圖。
圖1顯示了采用現(xiàn)有蜂窩電話基站和天線的蜂窩電話定位系統(tǒng)10的一個實施方式。系統(tǒng)10一般包括多個現(xiàn)有蜂窩基站12-14，其中加有本發(fā)明的裝置?；?2-14使用形式和功能相同的現(xiàn)有的發(fā)射和接收天線16。每個基站加上一個附加的GPS(全球定位系統(tǒng))天線18，它可以接收已有的用于定位功能的民用GPS發(fā)射的定時信號。
每個基站盡一步包括執(zhí)行定位功能的設備，這種設備一般包括采樣或數(shù)字化從蜂窩電話或發(fā)射機22接收的信號及用從接收到的GPS信號導出的信號對上述采樣或數(shù)字化數(shù)據(jù)定時標的裝置。
所示的通信線19將至少兩個遠程基站12，13與中心基站14連接中心基站14包括了遠程基站12，13中沒有的設備，如用于處理從所有基站12-14接收的信號的toda CPU20。Tdoa CPU20可以位于任何一個基站中或位于這樣的基站之外的地方。這種分離的位置將包括直接互連基站和tdoa CPU20間的所有通信線路19。
Tdoa CPU 20從每個接收基站接收數(shù)字化的、帶有時標的數(shù)據(jù)并互相關類似的數(shù)據(jù)，互相關數(shù)據(jù)所帶的時標提供了相關數(shù)據(jù)和相應的已知位置的基站間的到達數(shù)據(jù)的時間差。網(wǎng)孔電話或發(fā)射機22的大致位置可按照熟知的技術來確定。
上述的tdoa系統(tǒng)提供了一種以在用圓24表示的預定范圍內(nèi)確定蜂窩電話或類似發(fā)射機22的大致位置的方法。也可用其它合適技術如尋向技術來實施這種大致是位功能。一種可行的tdoa方法在題為“用于定位蜂窩電話的設備和方法”，由同一發(fā)明人在1994年7月8日申請的美國專利號08/272,752中描述，在這里給出以供參考。
一旦圓圈24的大致位置已知知道了，一個便攜接收機26就可在這個區(qū)域內(nèi)移動用來精確定位電話或發(fā)射機22。在那里本地警察在許多巡邏警車上裝備了便攜式接收機，這樣接收機可能已經(jīng)處在圓圈24的大致范圍內(nèi)了。圓24的大小理論上取決于上述定位設備的精度。但是，實際上圓24的大小與便攜式接收機24的接收能力成正比。由于便攜式接收機26的接收仰角有限，地形就對接收性能有影響。
便攜式接收機可以是任何合適的類型和制造工藝。一種型號在題為“查找信號發(fā)射源的設備和方法”由David L.Herrick和William F.Matthews III在1994年7月8日申請的美國專利No.08/272,724中描述，在此給出以供參考。其中的便攜式接收機使用接收機和電話或發(fā)射機22間的相對運動來確定它們的大致的方向。所描述的技術在如建筑物的較強多徑干擾的環(huán)境中是有用的。其它形式的尋向也是適用的。
為了使便攜式接收機26精確地定位蜂窩電話或發(fā)射機22，有必要確定電話或發(fā)射機22的發(fā)射頻率和接收信號。對于蜂窩電話22，發(fā)射頻率取決于本地蜂窩電話系統(tǒng)的信道分配。為了確定合適的信道分配，最好在接收機26和本地蜂窩系統(tǒng)間建立一條通信鏈路以接收信道的分配信息。
因此，所提供的定位系統(tǒng)在不要求顯著增加費用的條件下就能克服長距離范圍系統(tǒng)中存在的所有不精確性。這種不精確性在強多經(jīng)干擾的環(huán)境中甚至是不可能避免的，蜂窩基站中的高精度系統(tǒng)的附加費用主要是由操作基站的數(shù)目引起的。
以上描述的實施方式是一個示意性的，并不局限于此。本領域的技術人員在不脫離附加權利要求定義的本發(fā)明的范圍的情況下可對以上的實施方式做不同的修改和改進。
權利要求
1.確定蜂窩電話或類似發(fā)射機的位置的方法，包括步驟通過在多個位置接收發(fā)射的信號和處理所接收的信號在預定的范圍內(nèi)確定電話或發(fā)射機的大致位置；用位于電話或發(fā)射機的預定范圍內(nèi)的一個便攜式接收機接收電話或發(fā)射機發(fā)射的信號；和根據(jù)從便攜式接收機接收的發(fā)射信號確定蜂窩電話或發(fā)射機的精確位置。
2.權利要求1的方法，其中發(fā)射接收的多個位置是蜂窩電話網(wǎng)絡中的基站。
3.權利要求2的方法，其中所述預定的范圍由便攜式接收機的接收性能所確定。
4.權利要求3的方法，其中使用到達信號時間差的處理技術來實現(xiàn)確定大致位置。
5.權利要求1的方法，進一步包括在電話或發(fā)射機位于的預定范圍中移動便攜式接收機的步驟。
6.權利要求1的方法，其中確定精確位置的步驟包括當移動便攜式接收機時測量在預定范圍內(nèi)接收發(fā)射信號的特性并根據(jù)測量到的特性來移動便攜式接收機。
7.用于確定蜂窩電話或類似發(fā)射機位置的設備，包括用于在預定范圍內(nèi)確定電話或發(fā)射機的大致位置的裝置，其包括用于在多個位置接收發(fā)射信號的裝置和用于處理所接受的信號的裝置；和用于在電話或發(fā)射機的預定范圍內(nèi)移動的便攜式接收機，用于從電話或發(fā)射機接收發(fā)射信號，并包括用于根據(jù)接收到的發(fā)射信號確定蜂窩電話或發(fā)射機的準確位置的裝置。
8.權利要求7的設備，其中發(fā)射接收的多個位置是蜂窩電話網(wǎng)絡的基站。
9.權利要求8的設備，其中預定的范圍由便攜式接收機的接收性能確定。
10.權利要求9的設備，其中信號處理裝置包括到達信號的時間差算法。
11.權利要求7的設備，其中便攜式接收機裝置包括用于在接收機裝置移動時測量接收信號特性的裝置以提供精確位置方向的指示。
全文摘要
定位蜂窩電話的方法受城市環(huán)境的多徑干擾的影響，從而降低了精度。這個問題可用兩級方法加以克服，包括使用蜂窩基站定位系統(tǒng)(10)以確定大致的方位和使用能在較強多徑干擾環(huán)境中工作的便攜式接收機(26)以確定其后較精確的位置。應用包括了緊急呼叫和犯罪調(diào)查。
文檔編號H04M11/00GK1155331SQ95190753
公開日1997年7月23日 申請日期1995年7月7日 優(yōu)先權日1995年7月7日
發(fā)明者戴維·L·海里克 申請人:洛克希德·桑德斯公司