專利名稱：在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中用戶終端的精密定位的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及衛(wèi)星通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。尤其，本發(fā)明涉及以較高精度確定移動(dòng)站相對(duì)于衛(wèi)星的位置。
現(xiàn)有技術(shù)典型的基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)包括至少一個(gè)地面基站(此后稱之為網(wǎng)關(guān))、至少一個(gè)用戶終端(例如，移動(dòng)電話)以及用于在網(wǎng)關(guān)和用戶終端之間轉(zhuǎn)發(fā)通信信號(hào)的至少一個(gè)衛(wèi)星。網(wǎng)關(guān)提供從用戶終端到其它用戶終端或諸如地面電話系統(tǒng)之類的通信系統(tǒng)的鏈路。
移動(dòng)用戶終端已經(jīng)使用戶無論走到何處都可以得到他們的通信能力。這對(duì)基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)的載波上強(qiáng)加了確定用戶終端定位的負(fù)擔(dān)。對(duì)用戶終端位置信息的需求起源于幾種考慮。一種考慮是系統(tǒng)應(yīng)該選擇合適的網(wǎng)關(guān)來提供通信鏈路。這種考慮的一個(gè)方面是把通信鏈路分配給合適的服務(wù)提供者(例如，電話公司)。一般把特定地理地區(qū)分配給服務(wù)提供者，而服務(wù)提供者處理在該地區(qū)中的所有用戶的呼叫。當(dāng)需要與特定用戶終端進(jìn)行通信時(shí)，通信系統(tǒng)可以根據(jù)用戶終端定位所在處的地區(qū)把呼叫分配給一個(gè)服務(wù)提供者。這可能包括對(duì)該地區(qū)進(jìn)行服務(wù)的網(wǎng)關(guān)的分配。為了確定合適的地區(qū)，通信系統(tǒng)需要用戶終端的位置。當(dāng)必須根據(jù)政治邊界或合同服務(wù)而對(duì)服務(wù)提供者分配呼叫時(shí)，發(fā)生相似的考慮。
基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)的許多移動(dòng)電話用戶還希望知道他們的用戶終端的位置。例如，在樹林中野營(yíng)的一個(gè)移動(dòng)電話用戶迷失方向，或不能確定離開所希望的目的地的定位或距離。除了進(jìn)行緊急電話呼叫求助或幫助指出方向之外，移動(dòng)電話用戶希望提供用戶終端位置信息。這種信息可以幫助移動(dòng)電話用戶自己找到他們到安全或所要求地點(diǎn)的路途。
當(dāng)前，得到只供通信系統(tǒng)使用的用戶終端位置信息。當(dāng)前通信系統(tǒng)的誤差規(guī)格要求用戶終端位置信息的正確度確定在10公里之內(nèi)。對(duì)于系統(tǒng)操作，10公里的誤差是足夠的，但是如果正在把用戶終端位置信息提供給用戶，則一般是不夠的，特別是為了緊急的目的。必須提供有足夠正確度的用戶終端位置信息，使之對(duì)用戶有意義。
確定用戶終端的位置的數(shù)種方法包括測(cè)量用戶終端和衛(wèi)星之間的距離(量程)以及該距離的變化率(量程變化率(range rate))。當(dāng)把這些測(cè)量(measurement)與諸如衛(wèi)星的位置之類的其它數(shù)據(jù)組合時(shí)，可以確定用戶終端的位置。在共同擁有的，未定申請(qǐng)第8/723,751號(hào)，題為“使用一個(gè)低—地球軌道衛(wèi)星的位置確定(Position Determination Using One Low-Earth OrbitSatellite)”；第08/723,725號(hào)，題為“使用兩個(gè)低—地球軌道衛(wèi)星的定性位置確定(Unambiguous Position Determination Using Two Low-Earth OrbitSatellites)”；第09/150,500號(hào)，題為“在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中精確量程和量程變化率確定(Accurate Range And Range Rate Determination In A SatelliteCommunication System)”；以及09/150,077，題為“在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的快速用戶終端位置確定(Fast User Terminal Position Determination In ASatellite Communications System)”中揭示了使用衛(wèi)星—用戶終端量程和量程變化率來確定用戶終端定位的技術(shù)，在此引用各專利申請(qǐng)作為參考。
在上述專利申請(qǐng)中，對(duì)于用一個(gè)衛(wèi)星定位，確定一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星和用戶終端之間的距離(量程)的正確度是幾公里，而對(duì)于用兩個(gè)—衛(wèi)星定位，正確度約為500米。到2001年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)已經(jīng)要求對(duì)于進(jìn)行“911”緊急呼叫人員的定位可以確定在125米之內(nèi)。在其它國(guó)家，相似的要求可能是政府行動(dòng)的主題。此外，一般還認(rèn)為提高位置確定的正確度有助于對(duì)其它類型的求助尋址。非—緊急特征的某些商用服務(wù)也希望提高定位正確度。
所需求的是一種系統(tǒng)和方法，使用戶可以進(jìn)行位置呼叫而接收有用的用戶終端位置信息。進(jìn)一步需求的是用于得到更正確的測(cè)量一種系統(tǒng)和方法，接著，所述更正確的測(cè)量將產(chǎn)生在125米之內(nèi)的更正確的用戶終端定位確定，以滿足FCC的911緊急呼叫用戶位置要求以及其它用戶位置要求。
發(fā)明概要本發(fā)明通過提供改進(jìn)的系統(tǒng)和方法來滿足上述需求，所述改進(jìn)的系統(tǒng)和方法用于以高正確度來確定用戶終端的位置。本發(fā)明使用精密定位來確定在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的用戶終端的位置。定義精密定位為高正確度定位。在位置呼叫期間，通過重復(fù)N次基本的有效定位測(cè)量組，根據(jù)幾何形狀的變化延長(zhǎng)測(cè)量，并添加用于提供差分校正的一個(gè)基準(zhǔn)用戶終端，精密定位提供對(duì)用戶有價(jià)值的提高的正確度。
根據(jù)本發(fā)明的方法，用戶進(jìn)行位置呼叫。位置呼叫提示網(wǎng)關(guān)建立話務(wù)信道，在所述話務(wù)信道上，定位消息將產(chǎn)生測(cè)量的基本組在單個(gè)—衛(wèi)星定位中的環(huán)程延遲和環(huán)程多普勒，以及另外在兩個(gè)—衛(wèi)星定位中到第二衛(wèi)星的延遲—差值和多普勒差值。使用累加的測(cè)量來確定位置和理論誤差。當(dāng)達(dá)到正確度門限值或時(shí)間極限已經(jīng)終止時(shí)，就終止呼叫。用戶終端接收到位置信息或失效消息。
下面參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例、特性和優(yōu)點(diǎn)，和本發(fā)明的各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。
附圖簡(jiǎn)述從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，對(duì)本發(fā)明的特性、目的和優(yōu)點(diǎn)將更為明了，在所有的附圖中，用相同的標(biāo)記作相應(yīng)的識(shí)別。在附圖中，相同的參考號(hào)一般表示相同的、功能相似的、和/或結(jié)構(gòu)相似的單元。用相應(yīng)參考號(hào)中最左邊的數(shù)字表示一個(gè)單元首次在其中出現(xiàn)的附圖。


圖1是示出示例無線通信系統(tǒng)的圖，本發(fā)明在所述系統(tǒng)中是有用的；圖2A是用于單個(gè)衛(wèi)星精密定位的隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量總持續(xù)期的曲線圖表示；圖2B是一個(gè)示例衛(wèi)星通信系統(tǒng)，描繪在測(cè)量持續(xù)期上的幾何形狀變化如何幫助降低偏置誤差；圖2C是示出衛(wèi)星天線波束方向圖的圖，描繪在單個(gè)衛(wèi)星定位中的不明確的問題；圖2D是用于兩個(gè)—衛(wèi)星精密定位的隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量總持續(xù)期的曲線圖表示；圖3是具有基準(zhǔn)用戶終端的示例無線通信系統(tǒng)的圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，示出把位置信息提供給進(jìn)行位置呼叫的用戶的一種方法。
較佳實(shí)施例的詳述當(dāng)這里參考特定應(yīng)用的示例實(shí)施例描述本發(fā)明時(shí)，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于這些。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域并接觸這里提供的學(xué)說的人員會(huì)理解在本發(fā)明范圍內(nèi)的另外的修改、應(yīng)用和實(shí)施例，以及本發(fā)明在其中有重要應(yīng)用的另外領(lǐng)域。
介紹本發(fā)明是一種系統(tǒng)和方法，用于正確地確定在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的用戶終端的位置。本發(fā)明使用精密(fine)定位來確定用戶終端的位置。通過重復(fù)利用基本的有效定位測(cè)量組的測(cè)量，根據(jù)幾何形狀的變化延長(zhǎng)測(cè)量，并添加用于提供差分校正的一個(gè)基準(zhǔn)用戶終端，精密定位提供提高的正確度。通過調(diào)節(jié)隨機(jī)誤差和偏置誤差，精密定位所使用的方法提供正確度較高的用戶終端定位。
本發(fā)明特別適合于在使用低地球軌道(LEO)衛(wèi)星的通信系統(tǒng)中使用。然而，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員會(huì)明了，也可以把本發(fā)明的概念應(yīng)用于衛(wèi)星在非—LEO軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星系統(tǒng)，以及具有移動(dòng)信號(hào)源的一些其它系統(tǒng)。在討論本發(fā)明的實(shí)施例之前，先介紹本發(fā)明可以在其中操作的環(huán)境。
典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)在圖1中示出示例無線通信系統(tǒng)，本發(fā)明在該系統(tǒng)中是有用的。設(shè)想該通信系統(tǒng)使用碼分多址(CDMA)型通信信號(hào)，但是這不是本發(fā)明所需要的。在圖1中示出的通信系統(tǒng)100的一部分中，示出一個(gè)基站112、兩個(gè)衛(wèi)星116和118以及兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)關(guān)或樞紐120和122，用于實(shí)現(xiàn)與兩個(gè)遠(yuǎn)程用戶終端124和126的通信。一般，基站和衛(wèi)星/網(wǎng)關(guān)是分立通信系統(tǒng)的元件，稱之為基于地面的和基于衛(wèi)星的，雖然這不是必須的。在這種系統(tǒng)中，基站、網(wǎng)關(guān)和衛(wèi)星的總數(shù)與所需要的系統(tǒng)容量和其它因素有關(guān)，在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾知的。
每個(gè)用戶終端124和126包括無線通信裝置，諸如，但是不限于，無線電話、數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)、或?qū)ず艋蛭恢么_定接收機(jī)，并且按需要可以是手持式的或安裝在車輛上的。
一般，來自衛(wèi)星116和118的波束覆蓋在預(yù)定方向圖中的不同地理區(qū)域?？梢圆倏v不同頻率的波束，也稱之為CDMA信道或“子波束”，使之覆蓋相同的區(qū)域。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員會(huì)不費(fèi)力地理解，根據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和所提供的服務(wù)的類型，以及是否正在得到空間分集而可以設(shè)計(jì)供多個(gè)衛(wèi)星的波束覆蓋或服務(wù)區(qū)、或供多個(gè)基站的天線方向圖，使之完全或部分地覆蓋一個(gè)給定區(qū)域。
已經(jīng)建議多種多—衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中一個(gè)示例系統(tǒng)使用數(shù)量級(jí)為48或更多的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星在LEO軌道的8個(gè)不同軌道平面中運(yùn)行，用于對(duì)大量用戶終端提供服務(wù)。然而，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員會(huì)不費(fèi)力地理解本發(fā)明的學(xué)說是如何應(yīng)用于多種衛(wèi)星系統(tǒng)以及網(wǎng)關(guān)配置的，包括其它軌道距離和星座。
在圖1中，示出建立通信的某些可能的信號(hào)路徑，所建立的通信是在用戶終端124和126與基站112之間，或通過帶有網(wǎng)關(guān)120和122的衛(wèi)星116和118。通過線路130和132示出基站—用戶終端通信鏈路。通過線路140、142和144示出衛(wèi)星116和118和用戶終端124和126之間的衛(wèi)星—用戶終端通信鏈路。通過線路146、148、150和152示出網(wǎng)關(guān)120和122和衛(wèi)星116和118之間的網(wǎng)關(guān)—衛(wèi)星通信鏈路。可以把網(wǎng)關(guān)120和122以及基站112用作為一路或兩路通信系統(tǒng)的一部分，或簡(jiǎn)單地把消息或數(shù)據(jù)傳遞到用戶終端124和126。
為了便于上述信號(hào)路徑的討論，在本揭示中采用下列約定。把從網(wǎng)關(guān)到衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)稱為“前向上行鏈路”。把從衛(wèi)星到用戶終端發(fā)送信號(hào)稱為“前向下行鏈路”。把前向上行鏈路和前向下行鏈路集中稱為“前向鏈路”。把從用戶終端到衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)稱為“反向上行鏈路”。把從衛(wèi)星到網(wǎng)關(guān)發(fā)送信號(hào)稱為“反向下行鏈路”。把反向上行鏈路和反向下行鏈路集中稱為“反向鏈路”。
下面詳細(xì)討論本發(fā)明的較佳實(shí)施例。在對(duì)特定步驟、配置和安排討論時(shí)，應(yīng)該理解，如此做僅為了示意的目的。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員會(huì)理解，可以使用其它步驟、配置和安排而不偏離本發(fā)明的精神和范圍?？梢栽诙喾N無線信息和通信系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的應(yīng)用，包括那些確定位置的意圖。較佳應(yīng)用是在CDMA無線擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中用于電話的服務(wù)。
精密定位概述本發(fā)明是一種系統(tǒng)和方法，用于正確地確定在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的用戶終端的位置。本發(fā)明使用精密定位來確定用戶終端的位置。精密定位提供較高正確度的定位。網(wǎng)關(guān)或用戶終端可以通過始發(fā)位置呼叫來請(qǐng)求精密定位。位置呼叫是專門請(qǐng)求用戶終端的較高正確度定位的特殊呼叫。例如，可以把緊急呼叫“911”作為位置呼叫來處理。位置呼叫的長(zhǎng)度約20-120秒。通過撥特殊號(hào)碼、數(shù)字序列、或代碼，或通過按專用按鈕或按鈕組，或在用戶終端上通過菜單選擇而進(jìn)行位置呼叫。
精密定位所使用的方法利用基本的有效定位測(cè)量組(即，單個(gè)衛(wèi)星定位和兩個(gè)—衛(wèi)星定位)的重復(fù)測(cè)量來調(diào)節(jié)隨機(jī)誤差，根據(jù)幾何形狀的變化延長(zhǎng)測(cè)量以調(diào)節(jié)隨機(jī)誤差和偏置誤差，以及一個(gè)基準(zhǔn)用戶終端來調(diào)節(jié)偏置誤差。在上述‘751和‘725申請(qǐng)中揭示使用衛(wèi)星—用戶終端量程和量程變化率來確定用戶終端位置的技術(shù)，為了完整性而在此引用所述專利作為參考。在上述專利申請(qǐng)的題為“在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中確定正確量程和量程變化率(Accurate Range AndRange Rate Determination In A Satellite Communication System)”，以及“在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中快速確定用戶終端位置(Fast User Terminal PositionDetermination In A Satellite Communications System)”中揭示使用衛(wèi)星—用戶終端量程和量程變化率來確定用戶終端位置的其它技術(shù)。根據(jù)重復(fù)測(cè)量和延長(zhǎng)測(cè)量的精密定位精密定位使用基本的有效定位測(cè)量組(即，單個(gè)衛(wèi)星定位和兩個(gè)—衛(wèi)星定位)的重復(fù)測(cè)量來調(diào)節(jié)隨機(jī)誤差。由熱噪聲引起的誤差是與隨機(jī)誤差無關(guān)的。在位置呼叫期間，在一個(gè)長(zhǎng)達(dá)2分鐘的周期上重復(fù)測(cè)量。相同的測(cè)量重復(fù)N次，使由于隨機(jī)測(cè)量誤差引起的位置誤差降低 單個(gè)衛(wèi)星定位在單個(gè)衛(wèi)星定位中，初始隨機(jī)測(cè)量誤差是極高的。如上所述，當(dāng)相同的測(cè)量重復(fù)N次時(shí)，使位置誤差降低 在測(cè)量總時(shí)間或時(shí)間間隔期間，改變?cè)谛l(wèi)星、網(wǎng)關(guān)和用戶終端之間的幾何形狀還可以得到位置誤差的降低超過 在位置呼叫期間，這里是2分鐘，衛(wèi)星改變它的位置，這導(dǎo)致一個(gè)新的幾何形狀。在測(cè)量總時(shí)間T期間(其中T＝(N-1)δt，其中δt是在測(cè)量之間的時(shí)間間隔，而N是重復(fù)測(cè)量的次數(shù))的幾何形狀的改變添加了相當(dāng)多的信息，并進(jìn)一步降低誤差到超過 圖2A是用于單個(gè)衛(wèi)星精密定位的隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量總持續(xù)期的示例曲線圖表示。曲線200包括對(duì)數(shù)y-軸刻度202，表示以米為單位的隨機(jī)誤差；x-軸204，表示以秒為單位的測(cè)量總持續(xù)期；虛線206表示由于位置誤差降低 而導(dǎo)致的隨機(jī)誤差改進(jìn)，其中，N等于30；以及帶有圓圈210的實(shí)線208，表示由于延長(zhǎng)測(cè)量(即，包括幾何形狀改變的作用)而導(dǎo)致的隨機(jī)誤差改進(jìn)。圓圈210表示在測(cè)量之間的時(shí)間間隔。對(duì)于實(shí)線曲線208，在測(cè)量之間的時(shí)間間隔是五(5)秒，并延長(zhǎng)到150秒或2.5分。
在時(shí)間t＝0處，曲線200以2.5公里的隨機(jī)誤差開始。在時(shí)間t＝150秒處，由于 而導(dǎo)致隨機(jī)誤差降低到約0.45公里，如虛線206所示。在時(shí)間t＝150秒處，當(dāng)使用重復(fù)延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)，進(jìn)一步降低隨機(jī)誤差。實(shí)線208示出由于重復(fù)測(cè)量和幾何形狀改變兩者而進(jìn)一步降低隨機(jī)誤差到約70米。
偏置誤差是通過固定的或內(nèi)在的某些原因而引起的誤差。在相鄰的測(cè)量中發(fā)生相似的偏置誤差，因此，是難于改進(jìn)的。在衛(wèi)星定位中，幾何形狀的改變也有助于降低偏置誤差。在圖2B中示出一個(gè)示例通信系統(tǒng)，描繪在2-分測(cè)量持續(xù)期上的幾何形狀的改變?nèi)绾螏椭档推谜`差。尤其，示例衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括第一曲線，表示地球表面222的部分圓周線；以及第二曲線，表示衛(wèi)星224的軌道路徑。移動(dòng)電話226(用戶終端)位于地球表面上。衛(wèi)星224的軌道路徑包括在時(shí)間t＝0秒處的假定衛(wèi)星位置228，在時(shí)間t＝0秒處的真實(shí)衛(wèi)星位置230，由于在時(shí)間t＝0秒處的假定和真實(shí)衛(wèi)星位置之間的差而產(chǎn)生的誤差232，在時(shí)間t＝120秒處的假定衛(wèi)星位置234，在時(shí)間t＝120秒處的真實(shí)衛(wèi)星位置236，以及由于在時(shí)間t＝120秒處的假定和真實(shí)衛(wèi)星位置之間的差而產(chǎn)生的誤差238。
起初，在時(shí)間t＝0秒處，假定衛(wèi)星在位置228處，但是實(shí)際是在位置230處。因此，實(shí)際量程要短于假定量程，產(chǎn)生負(fù)誤差232。假定衛(wèi)星正在以7公里/秒移動(dòng)，在時(shí)間t＝120秒處，衛(wèi)星已經(jīng)移動(dòng)840公里。在時(shí)間t＝120秒處，假定衛(wèi)星在位置234處，但是實(shí)際是在位置236處。因此，實(shí)際量程長(zhǎng)于假定量程，產(chǎn)生正誤差238。
從沿衛(wèi)星位置的軌道位置得到信息或補(bǔ)償。通過對(duì)負(fù)誤差232與正誤差238進(jìn)行平均，調(diào)節(jié)沿軌道位置中的偏置誤差。
單個(gè)衛(wèi)星精密定位中存在不定性(ambiguity)。當(dāng)不能夠確定用戶終端位于衛(wèi)星軌道的哪一側(cè)時(shí)發(fā)生不定性。起初的不明確解決方案使用兩種快—定位方法。第一種方法觀察來自第二衛(wèi)星的歷史數(shù)據(jù)，如果可得到的話。第二種方法使用衛(wèi)星波束信息。如果用戶終端接近子道(sub-track)(＜300公里)，則起初的不明確方法可能失敗。
圖2C是示出衛(wèi)星天線波束方向圖的圖，描繪在單個(gè)衛(wèi)星定位中的不定性。衛(wèi)星天線波束方向圖270包括衛(wèi)星軌道272、衛(wèi)星274、多個(gè)衛(wèi)星天線波束283-297、第一雙曲線279、以及第二雙曲線281。第一雙曲線279包括真實(shí)用戶終端位置276和鏡象用戶終端位置278。第二雙曲線281包括真實(shí)用戶終端位置280和鏡象用戶終端位置282。
第一雙曲線279的真實(shí)用戶終端位置276放置在離開鏡象用戶終端位置278的不同衛(wèi)星波束中。知道用戶終端實(shí)際位于波束283-297中的哪個(gè)波束中就可以解答用戶終端的正確位置。知道真實(shí)用戶終端位置276放置在衛(wèi)星波束283中而不是衛(wèi)星波束289中，就排除了把不明確的鏡象用戶終端位置278作為用戶終端的正確位置。當(dāng)真實(shí)和鏡象位置落在相同波束中時(shí)，使用衛(wèi)星波束信息不能夠解決不定性。第二雙曲線281的真實(shí)用戶終端位置280和鏡象用戶終端位置282兩者都放置在衛(wèi)星波束290中。因此，使用衛(wèi)星波束信息不能夠解答實(shí)際用戶終端位置。
在單個(gè)衛(wèi)星定位中可用的延長(zhǎng)測(cè)量提供能夠輔助解決不定性的附加信息。由于在延長(zhǎng)測(cè)量周期期間地球的旋轉(zhuǎn)，附加信息相對(duì)于真實(shí)和鏡象兩種解是不對(duì)稱的。所采用的求解技術(shù)使用所有的累加測(cè)量在解得真實(shí)位置和鏡象位置兩者之后觀察余量(residual)的方向圖。
余量的是實(shí)際測(cè)量與用于計(jì)算估計(jì)位置的無噪聲測(cè)量之間的差值。真實(shí)解的余量將圍繞零隨機(jī)地起伏(除非存在強(qiáng)的偏置誤差的源)。鏡象解的余量將圍繞特性曲線(量程余量—雙曲線，量程變化率余量—鋸齒形(ramp))隨機(jī)地起伏。
在延長(zhǎng)測(cè)量周期期間，可能有新衛(wèi)星加入或代替第一衛(wèi)星。即，用戶終端可能變換它與之通信或通過其傳遞信號(hào)的衛(wèi)星，當(dāng)不同的衛(wèi)星進(jìn)入時(shí)或原先的丟失看不到時(shí)。衛(wèi)星越區(qū)切換和其它事件也影響這個(gè)過程。在延長(zhǎng)測(cè)量周期期間加入的新衛(wèi)星把單個(gè)衛(wèi)星定位轉(zhuǎn)換成兩個(gè)—衛(wèi)星定位。例如，可以用單個(gè)衛(wèi)星開始位置呼叫。在呼叫期間，第二衛(wèi)星可能出現(xiàn)，產(chǎn)生兩個(gè)—衛(wèi)星定位。在呼叫期間的較晚時(shí)間，第一衛(wèi)星可能越區(qū)切換到第二衛(wèi)星，結(jié)果回到單個(gè)衛(wèi)星定位。在單個(gè)衛(wèi)星精密定位期間，累加來自兩個(gè)不同衛(wèi)星的測(cè)量，不管在時(shí)間上是部分重疊或根本不重疊，所產(chǎn)生的定位性能可以與兩個(gè)衛(wèi)星精密定位相比擬。
兩個(gè)衛(wèi)星定位對(duì)于兩個(gè)衛(wèi)星定位，在第一測(cè)量中已經(jīng)存在大多數(shù)幾何形狀優(yōu)點(diǎn)。一般，初始誤差要比在單個(gè)衛(wèi)星的情況中小許多。因此，對(duì)于兩個(gè)衛(wèi)星精密定位，誤差的改進(jìn)是對(duì)相同測(cè)量重復(fù)N次的結(jié)果，使位置誤差降低 圖2D是兩個(gè)衛(wèi)星精密定位的隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量總持續(xù)期的曲線圖表示。曲線240包括對(duì)數(shù)y-軸刻度242，表示以米為單位的隨機(jī)誤差；x-軸244，表示以秒為單位的測(cè)量總持續(xù)期；虛線曲線246，表示由于位置誤差降低 而導(dǎo)致的隨機(jī)誤差改進(jìn)，其中，N等于或小于30；以及帶有圓圈250的實(shí)線曲線248，表示由于延長(zhǎng)測(cè)量(即，幾何形狀的改變)而導(dǎo)致的隨機(jī)誤差改進(jìn)。圓圈250表示測(cè)量之間的時(shí)間間隔。對(duì)于實(shí)線曲線248，在測(cè)量之間的時(shí)間間隔是五(5)秒，并延長(zhǎng)到150秒或2.5分。在時(shí)間t＝0處，曲線240以90米的初始隨機(jī)誤差開始。在時(shí)間t＝150秒處，由于 而使隨機(jī)誤差降落到約16米，如在虛線曲線246中所示。注意，在時(shí)間t＝150秒處，經(jīng)歷延長(zhǎng)測(cè)量而隨機(jī)誤差降低得較少。實(shí)線曲線248經(jīng)歷約為19的較少的隨機(jī)誤差降低。用于精密定位的基準(zhǔn)用戶終端使用基準(zhǔn)用戶終端的精密定位有助于調(diào)節(jié)偏置誤差，對(duì)于基準(zhǔn)用戶終端和正在確定位置信息的用戶終端兩者，所述偏置誤差是共同的。這種偏置誤差包括，但是不限于，衛(wèi)星頻率誤差、衛(wèi)星定位誤差以及電離層效應(yīng)。電離層效應(yīng)可以改變信號(hào)的延遲。圖3是具有基準(zhǔn)用戶終端的示例無線通信系統(tǒng)的圖。尤其，通信系統(tǒng)300包括第一曲線，表示地球表面302的部分圓周；以及第二曲線，表示衛(wèi)星312的軌道路徑310。在地球表面上放置網(wǎng)關(guān)304、基準(zhǔn)用戶終端306和第二用戶終端308。已知網(wǎng)關(guān)304、基準(zhǔn)用戶終端306和衛(wèi)星312的位置。通常把基準(zhǔn)用戶終端306放置得接近網(wǎng)關(guān)304。第二用戶終端308的位置是未知的。
任何時(shí)候當(dāng)衛(wèi)星312在網(wǎng)關(guān)304的區(qū)域中時(shí)，使用環(huán)程延遲和多普勒測(cè)量來確定基準(zhǔn)用戶終端306和第二用戶終端308兩者的位置。在周期性(諸如每隔幾秒)的基礎(chǔ)上進(jìn)行這些測(cè)量，但是因?yàn)橐囊粋€(gè)衛(wèi)星的資源，所以不是如此頻繁地進(jìn)行的。因?yàn)橐阎鶞?zhǔn)用戶終端306的位置，所以基準(zhǔn)用戶終端306的實(shí)際多普勒和環(huán)程延遲是已知的。當(dāng)所測(cè)量的多普勒和環(huán)程延遲值不等于已知或?qū)嶋H值時(shí)，存在頻率(f)和量程(R)誤差。從第二用戶終端308接收到的測(cè)量中減去f和R誤差。因此，調(diào)節(jié)了基準(zhǔn)用戶終端306和第二用戶終端308兩者共同的偏置誤差。這不是所有的偏置誤差，但是它們表示大部分的偏置誤差。從第二用戶終端308的測(cè)量減去f和R誤差提供了差分校正，結(jié)果使第二用戶終端308的環(huán)程延遲和多普勒測(cè)量得到改進(jìn)。
偏置誤差的降低最嚴(yán)重的偏置誤差源是用戶終端速度。如果用戶終端移動(dòng)，則多普勒測(cè)量將包含誤差，因?yàn)樾l(wèi)星多普勒受到終端運(yùn)動(dòng)的影響。一般，對(duì)于用戶—始發(fā)的位置呼叫，希望用戶站立或停留在一個(gè)位置上。不動(dòng)的用戶終端排除了用戶終端速度引起的偏置誤差。當(dāng)?shù)谌揭笥脩舻奈恢脮r(shí)，由于第三方請(qǐng)求的用戶沒有察覺，用戶可能不站立在一個(gè)位置上。
在單個(gè)衛(wèi)星定位中，用戶的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致偏置誤差。當(dāng)用戶以近似相同的速度正在同一方向上移動(dòng)時(shí)，重復(fù)測(cè)量使用戶的速度估計(jì)成為可能。例如，在延長(zhǎng)測(cè)量期間，從點(diǎn)A到點(diǎn)B移動(dòng)的用戶將在A和B之間當(dāng)中的位置上結(jié)束。以固定速度在一個(gè)方向上移動(dòng)的用戶終端的偏置誤差使每小時(shí)十(10)公里的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致約為一(1)公里的較大偏置誤差。
在兩個(gè)—衛(wèi)星定位中，用戶的運(yùn)動(dòng)不是極嚴(yán)格的。求解得的位置將相應(yīng)于在測(cè)量周期的中點(diǎn)處的用戶終端位置。對(duì)于兩個(gè)—衛(wèi)星定位，多普勒測(cè)量的加權(quán)按比例小于給予量程測(cè)量的加權(quán)。因?yàn)橛脩艚K端速度影響多普勒，并且不給予多普勒測(cè)量同樣多的權(quán)，所以多普勒測(cè)量對(duì)于所產(chǎn)生的位置數(shù)據(jù)不是起重大作用的一個(gè)因素。
在單個(gè)衛(wèi)星定位中，由于衛(wèi)星位置誤差ΔXSAT引起的用戶終端定位誤差ΔXUT遵守對(duì)于衛(wèi)星位置誤差的固定線性關(guān)系ΔXUT.2*ΔXSAT*RE/(RE+hSTA) (1)其中，hSAT是衛(wèi)星高度，而RE是地球的半徑。由于衛(wèi)星位置誤差引起的用戶終端位置誤差起初是相當(dāng)小的。由于 的作用，由于衛(wèi)星位置誤差引起的用戶終端位置誤差將不降低，但是當(dāng)存在改變幾何形狀的附加信息時(shí)，由于衛(wèi)星位置誤差引起的用戶終端位置誤差將降低。
當(dāng)存在足夠的有較佳間隔的量程測(cè)量時(shí)，由于不使用多普勒測(cè)量的任意選擇，可以完全消除由于衛(wèi)星頻率誤差引起的偏置位置誤差，或多普勒測(cè)量的加權(quán)比它們的離散值的倒數(shù)較小時(shí)，可以降低由于衛(wèi)星頻率誤差引起的偏置位置誤差。由于 的作用，由于衛(wèi)星頻率誤差引起的偏置位置誤差將不降低。
在單個(gè)衛(wèi)星定位中，由于衛(wèi)星頻率誤差引起的偏置位置誤差在起初是較大的。當(dāng)可得到更多的量程測(cè)量時(shí)，由于多普勒的減弱作用而使偏置位置誤差快速下降。在給予多普勒測(cè)量的加權(quán)較小時(shí)，甚至使偏置位置誤差降低得更快。在兩個(gè)—衛(wèi)星定位中，由于衛(wèi)星頻率誤差引起的偏置位置誤差在起初是較小的，并隨著附加的測(cè)量而稍微變化。
通過使用通信系統(tǒng)的更正確的校準(zhǔn)可以得到上述偏置誤差的進(jìn)一步降低，諸如對(duì)與網(wǎng)關(guān)位于同一地點(diǎn)的基準(zhǔn)用戶終端使用環(huán)程多普勒測(cè)量而校準(zhǔn)衛(wèi)星頻率偏移。
在單個(gè)衛(wèi)星定位中，只在交叉—軌道方向X上存在由于未計(jì)及升高而引起的用戶終端位置誤差。交叉—軌道誤差ΔX遵守線性關(guān)系ΔX≈Δh*hSAT/X (2)其中，hSAT是衛(wèi)星高度，X是從用戶終端到衛(wèi)星子道的距離，而Δh是用戶終端高度誤差。延長(zhǎng)測(cè)量不會(huì)使ΔX降低。通過在網(wǎng)關(guān)(120、122或304)處使用更詳細(xì)的地形圖可以降低Δh。
在兩個(gè)衛(wèi)星的情況中，延長(zhǎng)測(cè)量允許任意選擇估計(jì)高度。這增加了隨機(jī)測(cè)量誤差的靈敏度，但是消除了由于用戶終端高度或升高引起的偏置誤差。
確定用戶終端位置和誤差的估計(jì)本發(fā)明使用兩個(gè)參數(shù)來得到量程和量程變化率的正確測(cè)量。第一參數(shù)是信號(hào)的環(huán)程延遲(RTD)，所述信號(hào)是從基準(zhǔn)衛(wèi)星發(fā)送到用戶終端，并返回網(wǎng)關(guān)的。第二參數(shù)是多普勒頻移。通過測(cè)量通信信號(hào)的特征而得到RTD和多普勒頻移，所述信號(hào)是通過一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星在用戶終端和網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行交換的。在上述專利申請(qǐng)中揭示RTD和多普勒頻移，以及用于確定在用戶終端和一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星之間的量程和量程變化率的方法，為了完整性在此引用這些專利作為參考。
本發(fā)明使用定義如下的加權(quán)的高斯—牛頓最小二乘方(least square)公式來得到用戶終端位置和估計(jì)誤差。從網(wǎng)關(guān)得到量程和量程變化率測(cè)量。在任何給定時(shí)刻，衛(wèi)星位置和速度是已知參數(shù)。最小二乘方量程公式是R=(XSAT-XUT)2+(YSAT-YUT)2+(ZSAT-ZUT)2---(3)]]>其中，R是量程，XUT、YUT和ZUT表示用戶終端位置的X、Y和Z坐標(biāo)，而XSAT、YSAT和ZSAT表示衛(wèi)星位置的X、Y和Z坐標(biāo)。最小二乘方量程變化率公式是R.=(XSAT-XUT)R•X.SAT+(YSAT-YUT)R•Y.SAT+(ZSAT-ZUT)R•Z.SAT...(4)]]>其中，R是量程變化率，XUT、YUT和ZUT表示用戶終端位置的X、Y和Z坐標(biāo)，XSAT、YSAT和ZSAT表示衛(wèi)星位置的X、Y和Z坐標(biāo)，而 和 表示衛(wèi)星速度的X、Y和Z坐標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在任何給定衛(wèi)星位置處，通過使用用戶終端的位置在何處的最佳猜測(cè)(guess)估計(jì)(XUT、YUT和ZUT)，使用上述公式(1)和(2)確定估計(jì)量程和量程變化率。最佳猜測(cè)估計(jì)使用已知信息來提供如用戶終端位置在何處的最佳猜測(cè)。例如，可以使用以前已知的、最后請(qǐng)求的、或通常的家庭位置、用戶終端位置。當(dāng)缺乏信息時(shí)，使用網(wǎng)關(guān)位置作為用戶終端位置的最佳猜測(cè)估計(jì)。一旦決定或選擇用戶終端位置的最佳猜測(cè)估計(jì)，就可以使用最佳猜測(cè)估計(jì)來確定估計(jì)量程R以及估計(jì)量程變化率 本發(fā)明使用已知為高斯—牛頓的最小二乘方公式來確定用戶終端的位置?；靖咚埂ｎD公式為θn=θn-1+(HTH)-1HT[M-M^(θ^)]---(5)]]>其中，θn是矢量，表示用戶終端的當(dāng)前位置估計(jì)，θn-1是矢量，表示用戶終端的以前位置估計(jì)，H是偏導(dǎo)數(shù)矩陣，而M是測(cè)量的矢量。θn=XYZ---(6)]]>偏導(dǎo)數(shù)矩陣H包括相對(duì)于X、Y和Z的每個(gè)測(cè)量的偏導(dǎo)數(shù)。偏導(dǎo)數(shù)矩陣H指處R和 的測(cè)量有多少是在特定幾何形狀處的X、Y和Z的函數(shù)。在公式(7)中示出的偏導(dǎo)數(shù)矩陣H包含量程測(cè)量的偏導(dǎo)數(shù)和量程變化率測(cè)量的偏導(dǎo)數(shù)。當(dāng)進(jìn)行更多測(cè)量時(shí)，繼續(xù)生成偏導(dǎo)數(shù)矩陣H。在偏導(dǎo)數(shù)矩陣H中的下標(biāo)2可以指第二衛(wèi)星，或可以指在不同位置的相同衛(wèi)星。H=∂R1∂x∂R1∂y∂R1∂z∂R1∂x∂R1∂y∂R1∂z∂R2∂x∂R2∂y∂R2∂z∂R2∂x∂R2∂y∂R2∂z---(7)]]>測(cè)量的矢量M包括量程R和量程變化率 的測(cè)量，或從量程R和量程變化率 的測(cè)量形成。在公式(8)中示出測(cè)量的矢量M。注意，當(dāng)收集更多的測(cè)量時(shí)，矢量M也會(huì)繼續(xù)生成。M=R1R.1R2R.2---(8)]]> 是估計(jì)測(cè)量的矢量。
在量程R中的測(cè)量比在量程變化率 中的測(cè)量更正確。為了補(bǔ)償在測(cè)量中的不確定性，使用加權(quán)矩陣W施加不同的權(quán)。因此，權(quán)矩陣W考慮測(cè)量的質(zhì)量。權(quán)矩陣W是一個(gè)對(duì)角線矩陣，它的單元是所測(cè)量的量程R和量程變化率 的標(biāo)準(zhǔn)偏差的函數(shù)。權(quán)矩陣W是W=1σR100001σ2R100001σR200001σ2R2---(9)]]>現(xiàn)在把權(quán)矩陣W施加到公式(3)的高斯—牛頓公式，以得到加權(quán)的高斯—牛頓公式。用于確定用戶終端位置的加權(quán)的高斯—牛頓公式是θn=θn-1+(HTWH)-1WHT[M-M^(θ^)]---(10)]]>加權(quán)的高斯—牛頓公式允許在確定位置之前對(duì)測(cè)量累加。
為了確定已經(jīng)在何時(shí)得到測(cè)量的規(guī)定正確度，確定對(duì)于具有測(cè)量的給定正確度的給定幾何形狀的預(yù)期誤差估計(jì)。預(yù)期誤差矩陣的估計(jì)G是G＝(HTWH)-1(11)總誤差的關(guān)系式是ErrTOT=X2Err+Y2Err+Z2Err=G11+G22+G33---(12)]]>其中，Xerr、Yerr和Zerr表示總誤差的坐標(biāo)，而G11、G22和G33是G矩陣的對(duì)角線。
在確定位置之前累加數(shù)據(jù)的方法本發(fā)明的方法是一個(gè)迭代(iterative)過程，該過程從對(duì)所考慮的用戶終端位置的初始第一猜測(cè)開始，然后收斂到一個(gè)解。如上所述，位置估計(jì)是根據(jù)加權(quán)的高斯—牛頓最小二乘方估計(jì)的。在執(zhí)行在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的用戶位置的位置初始確定之前，系統(tǒng)一直等待直到已經(jīng)對(duì)預(yù)—選擇數(shù)目的測(cè)量進(jìn)行累加。例如，在進(jìn)行初始確定之前通常取得5、6或7個(gè)測(cè)量。在已經(jīng)累加要求數(shù)目的測(cè)量(5、6、或7個(gè))之后，確定位置估計(jì)和誤差估計(jì)。如果誤差估計(jì)不低于門限值(諸如100或200米誤差的門限值)，則系統(tǒng)繼續(xù)累加更多的測(cè)量，然后使用所有經(jīng)累加的數(shù)據(jù)重復(fù)進(jìn)行位置和誤差估計(jì)的確定。位置和誤差估計(jì)的重復(fù)確定需要所考慮的用戶終端位置的第一猜測(cè)。每個(gè)重復(fù)確定的第一猜測(cè)是來自以前確定的位置估計(jì)。使用所有經(jīng)累加的數(shù)據(jù)的上述累加測(cè)量然后確定位置和誤差估計(jì)的過程繼續(xù)進(jìn)行，直到誤差估計(jì)低于門限值或位置呼叫時(shí)間幀(所允許的或所要求的時(shí)間間隔)已經(jīng)過去。
例如，收集5個(gè)測(cè)量。在第5次測(cè)量之后，確定位置和誤差估計(jì)。誤差估計(jì)大于門限值。因此，再進(jìn)行5次另外的測(cè)量。在得到第10個(gè)測(cè)量之后(即，第一次收集的5個(gè)，以及第二次收集的5個(gè))，使用所有10個(gè)測(cè)量來確定位置和誤差估計(jì)。所產(chǎn)生的誤差估計(jì)大于門限值。因此，再進(jìn)行5次另外的測(cè)量。在得到第15個(gè)測(cè)量之后，使用所有15個(gè)測(cè)量來確定位置和誤差估計(jì)。所產(chǎn)生的誤差估計(jì)小于門限值，導(dǎo)致過程結(jié)束。
另一方面，系統(tǒng)可以在每次測(cè)量之后確定位置和誤差估計(jì)，然后對(duì)位置估計(jì)進(jìn)行平均以得到最終的位置。通過使用這個(gè)另外的方法，當(dāng)單個(gè)衛(wèi)星定位轉(zhuǎn)換成兩個(gè)—衛(wèi)星定位時(shí)，系統(tǒng)將提供單個(gè)衛(wèi)星定位，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行平均。
通過使用把所有測(cè)量累加在一起的較佳方法，系統(tǒng)使用兩個(gè)—衛(wèi)星定位有效地操作。兩個(gè)衛(wèi)星定位比單個(gè)衛(wèi)星定位更好。
提供位置信息的方法圖4是流程圖，示出把位置信息提供給進(jìn)行位置呼叫的用戶的一種方法?？梢栽谟布⒐碳?、軟件或它們的組合中實(shí)施在圖4中示出的方法的步驟。
從步驟402開始所述過程，并進(jìn)行到步驟404。在步驟404中，具有諸如移動(dòng)電話之類的用戶終端的用戶進(jìn)行位置呼叫。可以通過按專用于位置呼叫的一個(gè)特定的按鈕或按鈕組或撥位置呼叫的號(hào)碼或代碼來進(jìn)行位置呼叫。在某些通信系統(tǒng)中，位置呼叫可以是任選的或特征分配給用戶的，預(yù)—選擇的服務(wù)或編程的服務(wù)，因此當(dāng)激勵(lì)用戶終端時(shí)，可以自動(dòng)地發(fā)生位置呼叫。例如，這個(gè)特征可以是對(duì)自動(dòng)應(yīng)用或自動(dòng)緊急服務(wù)請(qǐng)求發(fā)射機(jī)有用的。然后，處理進(jìn)行到步驟406。
在步驟406中，網(wǎng)關(guān)執(zhí)行常規(guī)的接入信道定位，并建立話務(wù)信道。然后，過程進(jìn)行到步驟408。
在步驟408中，每隔δt秒，網(wǎng)關(guān)把位置信息請(qǐng)求發(fā)送到用戶終端(在話務(wù)信道上)。網(wǎng)關(guān)的每個(gè)位置請(qǐng)求初始下列測(cè)量對(duì)于單個(gè)衛(wèi)星定位，RTD和多普勒頻移。
對(duì)于兩個(gè)衛(wèi)星定位，RTD、多普勒頻移、Δt和Δf，其中，RTD是環(huán)程延遲，Δt是兩個(gè)衛(wèi)星之間的量程延遲差，而Δf是在兩個(gè)衛(wèi)星之間的多普勒頻差(Doppler difference)。對(duì)于單個(gè)衛(wèi)星定位，δt＝10秒。對(duì)于兩個(gè)衛(wèi)星定位，δt＝1秒。可以使用單個(gè)衛(wèi)星定位和兩個(gè)衛(wèi)星定位兩者的其它δt值而不偏離本發(fā)明的范圍。然后，處理進(jìn)行到步驟410。
在步驟410中，網(wǎng)關(guān)確定位置和誤差估計(jì)。位置確定使用所有經(jīng)累加的測(cè)量。然后，處理進(jìn)行到判定步驟412。
在判定步驟412中，確定所估計(jì)的誤差是否小于誤差門限值電平，或呼叫時(shí)間是否大于時(shí)間極限。通常把誤差門限值電平設(shè)置在100?？梢允褂弥T如125、200或300等誤差門限值電平的其它值而不偏離本發(fā)明的范圍。呼叫時(shí)間是自從進(jìn)行位置呼叫后所消逝的時(shí)間(通常以秒為單位)。對(duì)于位置呼叫的時(shí)間極限是120秒。如果確定所估計(jì)的誤差小于誤差門限值電平或呼叫時(shí)間大于時(shí)間極限，則處理進(jìn)行到步驟416。如果確定所估計(jì)的誤差大于或等于誤差門限值電平或呼叫時(shí)間小于時(shí)間極限，則處理返回到步驟408以得到另外的測(cè)量。
在步驟416中，把位置消息或失效消息發(fā)送給用戶。位置消息是指示用戶的位置和誤差估計(jì)的消息。如果在時(shí)間極限內(nèi)得到的誤差估計(jì)超過門限值，則發(fā)送失效消息。如果受阻擋的衛(wèi)星導(dǎo)致不可預(yù)期的失效，也可以產(chǎn)生失效消息。對(duì)于如此的誤差，失效消息可以讀出不適宜的衛(wèi)星星座—請(qǐng)過2分鐘再試。在911緊急呼叫的情況下，即使超過門限值電平，也會(huì)把以前確定的位置和誤差估計(jì)傳遞給用戶。于是，程序近到步驟418，此處處理結(jié)束。
環(huán)境可以使用硬件、軟件或它們的組合來實(shí)施本發(fā)明，而且可以使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、專用的可編程控制器或其它處理系統(tǒng)來實(shí)施本發(fā)明?？梢灾饕褂糜布韺?shí)施本發(fā)明，諸如使用專用集成電路(ASIC)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員會(huì)明了，實(shí)施硬件狀態(tài)機(jī)來執(zhí)行這里所描述的功能。在再另一個(gè)實(shí)施例中，使用硬件和軟件兩者的組合來實(shí)施本發(fā)明。已知這里所提供的流程圖和說明書，熟練的編程員能夠容易地對(duì)無線電話處理器系統(tǒng)進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的任務(wù)。結(jié)論提供較佳實(shí)施例的上述描述，以使任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員可以制造或使用本發(fā)明。在已經(jīng)參考本發(fā)明的較佳實(shí)施例特別示出和描述本發(fā)明的同時(shí)，熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員將理解，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修改而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不限于任何上述實(shí)施例，而應(yīng)該只根據(jù)下列權(quán)利要求書和它們的同等物來定義。
權(quán)利要求
1.一種用于確定在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的用戶終端位置的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟重復(fù)測(cè)量通信信號(hào)的特征；以及組合測(cè)量以產(chǎn)生位置估計(jì)，從而減小在測(cè)量中隨機(jī)誤差的影響。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，重復(fù)測(cè)量通信信號(hào)特征的所述步驟進(jìn)一步包括當(dāng)只有一個(gè)衛(wèi)星可用時(shí)，等待網(wǎng)關(guān)—衛(wèi)星—用戶終端幾何形狀在測(cè)量之間改變的步驟，從而當(dāng)存在不適宜的幾何形狀時(shí)減小不適宜的網(wǎng)關(guān)—衛(wèi)星—用戶終端幾何形狀的影響，減小偏置誤差的影響，以及減小不定性影響。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括估計(jì)理論預(yù)期誤差的步驟，其中，所述預(yù)期誤差是預(yù)期測(cè)量誤差和幾何形狀的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，減小在測(cè)量中的隨機(jī)誤差的影響與所取得的測(cè)量的數(shù)目的方根成反比例。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在重復(fù)測(cè)量通信信號(hào)的特征的所述步驟之前接收位置呼叫。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量步驟和所述組合步驟是迭代過程，其中，所述迭代過程以估計(jì)位置的第一猜測(cè)開始，并收斂于一個(gè)解。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述估計(jì)位置的初始第一猜測(cè)是根據(jù)網(wǎng)關(guān)的位置的，并且對(duì)于每個(gè)附加迭代的所述第一猜測(cè)是最后的所述位置估計(jì)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置估計(jì)是根據(jù)加權(quán)的最小二乘方估計(jì)的。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，累加所述測(cè)量，并且在所述組合步驟中使用所有接收到的測(cè)量來產(chǎn)生所述位置估計(jì)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述累加測(cè)量包括單個(gè)衛(wèi)星定位測(cè)量、兩個(gè)衛(wèi)星定位測(cè)量以及第一和第二單個(gè)衛(wèi)星定位測(cè)量，其中，第一衛(wèi)星把獲得測(cè)量的責(zé)任傳遞到第二衛(wèi)星。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使用基準(zhǔn)UT減小對(duì)所有用戶終端共同的偏置誤差，諸如電離層誤差、衛(wèi)星頻率誤差以及衛(wèi)星位置誤差步驟，其中，所述基準(zhǔn)UT具有在網(wǎng)關(guān)附近的已知位置。
12.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述位置呼叫是由用戶和第三方中的一個(gè)啟動(dòng)的。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述位置估計(jì)是根據(jù)單個(gè)衛(wèi)星定位的量程和多普勒測(cè)量，以及兩個(gè)衛(wèi)星定位的量程、多普勒、兩個(gè)衛(wèi)星之間的量程差以及兩個(gè)衛(wèi)星之間的多普勒頻差。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述位置估計(jì)是根據(jù)所述第一衛(wèi)星的量程和多普勒測(cè)量，以及所述第二衛(wèi)星的量程和多普勒測(cè)量的。
15.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括當(dāng)所述理論誤差小于預(yù)定門限值時(shí)終止所述測(cè)量和組合步驟；并把所述估計(jì)位置結(jié)果向用戶報(bào)告的步驟。
16.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括當(dāng)所述位置呼叫超過最大長(zhǎng)度時(shí)終止所述測(cè)量和組合步驟；并把所述估計(jì)位置結(jié)果向用戶報(bào)告的步驟。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述最大長(zhǎng)度是2分鐘。
18.一種用于確定用戶終端在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的位置的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于重復(fù)地測(cè)量通信信號(hào)的特征的裝置；以及用于組合測(cè)量以產(chǎn)生位置估計(jì)，從而減小隨機(jī)誤差在測(cè)量中的影響的裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于重復(fù)地測(cè)量通信信號(hào)的特征的所述裝置進(jìn)一步包括一種裝置，用于當(dāng)只有一個(gè)衛(wèi)星可用時(shí)，等待網(wǎng)關(guān)—衛(wèi)星—用戶終端幾何形狀在測(cè)量之間改變，從而當(dāng)存在不適宜的幾何形狀時(shí)減小不適宜的網(wǎng)關(guān)—衛(wèi)星—用戶終端幾何形狀的影響，減小偏置誤差的影響，以及減小不定性影響。
20.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一種裝置，用于估計(jì)理論預(yù)期誤差，其中，所述預(yù)期誤差是預(yù)期測(cè)量誤差和幾何形狀的函數(shù)。
21.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，減小隨機(jī)誤差在測(cè)量中的影響與所取得的測(cè)量的數(shù)目的方根成反比例。
22.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量裝置和所述組合裝置包括用于提供迭代過程的一種裝置，其中，所述迭代過程包括估計(jì)位置的第一猜測(cè)。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述估計(jì)位置的初始第一猜測(cè)是根據(jù)網(wǎng)關(guān)的位置的，并且對(duì)于每個(gè)附加迭代的所述第一猜測(cè)是最后的所述位置估計(jì)。
24.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述位置估計(jì)是根據(jù)加權(quán)的最小二乘方估計(jì)的。
25.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，累加所述測(cè)量，并且由所述組合裝置使用所有接收到的測(cè)量來產(chǎn)生所述位置估計(jì)。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述累加測(cè)量包括單個(gè)衛(wèi)星定位測(cè)量、兩個(gè)衛(wèi)星定位測(cè)量以及第一和第二單個(gè)衛(wèi)星定位測(cè)量，其中，第一衛(wèi)星把得到測(cè)量的責(zé)任傳遞到第二衛(wèi)星。
27.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一種裝置，用于使用基準(zhǔn)UT減小對(duì)所有用戶終端共同的偏置誤差，諸如電離層誤差、衛(wèi)星頻率誤差以及衛(wèi)星位置誤差，其中，所述基準(zhǔn)UT具有靠近網(wǎng)關(guān)的已知位置。
28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述位置估計(jì)是根據(jù)單個(gè)衛(wèi)星定位的量程和多普勒測(cè)量，以及兩個(gè)衛(wèi)星定位的量程、多普勒、兩個(gè)衛(wèi)星之間的量程差以及兩個(gè)衛(wèi)星之間的多普勒頻差。
29.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述位置估計(jì)是根據(jù)所述第一衛(wèi)星的量程和多普勒測(cè)量，以及所述第二衛(wèi)星的量程和多普勒測(cè)量。
30.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一種裝置，用于當(dāng)所述理論誤差小于預(yù)定門限時(shí)終止所述測(cè)量和組合裝置；并把所述估計(jì)位置結(jié)果向用戶報(bào)告。
全文摘要
一種改進(jìn)的方法,用于以高正確度來確定用戶終端位置。通過使基本有效定位測(cè)量組重復(fù)N次,達(dá)到對(duì)用戶有價(jià)值的更佳的正確度。根據(jù)本發(fā)明的方法,用戶進(jìn)行位置呼叫(404)。位置呼叫提示網(wǎng)關(guān)建立話務(wù)信道(406),在話務(wù)信道上,定位消息(408)將產(chǎn)生測(cè)量的基本組:在單個(gè)衛(wèi)星定位中的環(huán)程延遲和環(huán)程多普勒,以及在兩個(gè)衛(wèi)星定位中對(duì)于第二衛(wèi)星的另外的延遲一差和多普勒頻差。使用經(jīng)累加的測(cè)量來確定位置和理論誤差(410、412)。當(dāng)?shù)竭_(dá)正確度門限值或時(shí)間極限已過去時(shí),使呼叫終止。用戶終端接收位置消息或失效消息(416)。
文檔編號(hào)G01S5/12GK1353822SQ00808269
公開日2002年6月12日 申請(qǐng)日期2000年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月2日
發(fā)明者N·萊瓦農(nóng) 申請(qǐng)人:高通股份有限公司