專利名稱：利用機(jī)會(huì)發(fā)射機(jī)確定目標(biāo)位置的方法
利用雷達(dá)來檢測(cè)移動(dòng)物體的位置是眾所周知的。人們還建議利用所謂的“機(jī)會(huì)發(fā)送(transmission of opportunity)”來檢測(cè)目標(biāo)的位置，其中，接收機(jī)檢測(cè)發(fā)射機(jī)始發(fā)的、由目標(biāo)反射的傳輸信號(hào)。但是，在這種系統(tǒng)中，還必須提供接收機(jī)到發(fā)射機(jī)的直接視線(directline of sight)(或者必須提供電纜連接)，以便在接收機(jī)中提供一種參考，這種參考然后可用于與通過反射從目標(biāo)到達(dá)的延遲信號(hào)相關(guān)。
在某些電信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)使用預(yù)先存儲(chǔ)的代碼作為它們的調(diào)制協(xié)議的一部分。本發(fā)明者認(rèn)定，在對(duì)來自接收機(jī)和來自目標(biāo)的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)以便提供協(xié)助目標(biāo)定位的定時(shí)信息時(shí)將這些代碼用作相關(guān)器模板是有利的。這實(shí)現(xiàn)了一種無需在接收機(jī)的直接視線范圍內(nèi)就可檢測(cè)目標(biāo)位置信息的方法。
本發(fā)明包括一種在預(yù)先存儲(chǔ)的代碼作為部分通信協(xié)議用于傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中確定目標(biāo)位置的方法，所述方法包括下列步驟提供發(fā)射機(jī)以向目標(biāo)發(fā)送信號(hào)，提供多個(gè)彼此通信的接收機(jī)以接收從所述目標(biāo)反射的信號(hào)，這些接收機(jī)是時(shí)間或相位同步的；通過在各接收機(jī)中使所述接收到的信號(hào)與預(yù)先存儲(chǔ)的代碼連續(xù)相關(guān)而在該接收機(jī)上確定反射信號(hào)的所述代碼的到達(dá)時(shí)間信息；利用與各接收機(jī)的位置相關(guān)的信息以及所獲得的信息來確定目標(biāo)位置。
本發(fā)明還包括一種在預(yù)先存儲(chǔ)的代碼作為部分通信協(xié)議用于傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中確定目標(biāo)位置的方法，所述方法包括下列步驟提供多個(gè)發(fā)射機(jī)以分別向目標(biāo)發(fā)送信號(hào)，所述發(fā)射機(jī)是時(shí)間或相位同步的；提供接收機(jī)以接收從所述目標(biāo)反射的信號(hào)，其中，所述信號(hào)是在所述接收機(jī)已知的預(yù)定時(shí)間發(fā)出的；在各接收機(jī)中使所述接收到的信號(hào)與預(yù)先存儲(chǔ)的代碼相關(guān)，以識(shí)別特定信號(hào)的發(fā)射機(jī)；接收機(jī)通過將各發(fā)射機(jī)的各反射信號(hào)的預(yù)先存儲(chǔ)的代碼的到達(dá)時(shí)間從發(fā)送預(yù)先存儲(chǔ)的代碼的已知時(shí)間中減去而在接收信號(hào)的過程中確定時(shí)延；利用接收機(jī)已知的、與各發(fā)射機(jī)的位置相關(guān)的信息以及所獲得的定時(shí)信息來確定目標(biāo)位置。
許多當(dāng)代通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)使用預(yù)先存儲(chǔ)的代碼作為其部分調(diào)制協(xié)議(例如，為了信道均衡或信號(hào)識(shí)別)。本發(fā)明以若干方式利用這些預(yù)先存儲(chǔ)的代碼來檢測(cè)目標(biāo)位置，其中，來自發(fā)射機(jī)的信號(hào)被目標(biāo)反射到接收機(jī)。在接收機(jī)上通過相關(guān)來檢測(cè)代碼允許接收機(jī)檢測(cè)何時(shí)接收到嵌入的代碼。此信息連同其他信息(如發(fā)射機(jī)或接收機(jī)位置)使得能夠確定目標(biāo)位置。一個(gè)主要實(shí)施例利用發(fā)送代碼的已知時(shí)間信息來提供有用的定時(shí)信息；這是因?yàn)橐恍┐a是在預(yù)定時(shí)間從發(fā)射機(jī)發(fā)出的，接收機(jī)也知道這些時(shí)間。
在一些系統(tǒng)中，這些代碼還包括特定發(fā)射機(jī)的獨(dú)有標(biāo)識(shí)，接收機(jī)可以查看該位置信息；即包含在信號(hào)中的基站標(biāo)識(shí)也可以用于協(xié)助理清楚每次傳輸是從哪里來的。這消除了任何與來自不同基站而又包含造成相關(guān)的相同信息的不同信號(hào)有關(guān)的識(shí)別問題。在已知的電信系統(tǒng)中，眾所周知所述代碼包括發(fā)射機(jī)獨(dú)有的調(diào)制或編碼部分。
示例1在此示例中，有一個(gè)發(fā)射機(jī)和若干接收機(jī)。例如用于移動(dòng)通信中的發(fā)射機(jī)。所發(fā)送的信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)用于協(xié)議中的代碼。信號(hào)經(jīng)發(fā)送，將從某個(gè)目標(biāo)如飛機(jī)反射到多個(gè)接收機(jī)。具有預(yù)先存儲(chǔ)的代碼的各接收機(jī)連續(xù)將此代碼與接收到的信號(hào)相關(guān)。當(dāng)相關(guān)值出現(xiàn)峰值時(shí)，各接收機(jī)i就把該時(shí)間T(i)記下來。然后將這些時(shí)間發(fā)送到可能位于這些接收機(jī)之一中的處理器上。該處理器用接收到代碼的這些時(shí)間和有關(guān)接收機(jī)位置的已知信息來計(jì)算目標(biāo)的位置。要注意，這種系統(tǒng)依賴于協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)針對(duì)傳輸類型而定義的代碼信號(hào)部分，這些信號(hào)部分是明確定義的，不會(huì)發(fā)生改變。而且，值得注意的是，不必知道信號(hào)發(fā)送和接收時(shí)間之間的絕對(duì)時(shí)間，僅僅各接收機(jī)上接收到反射信號(hào)的(相對(duì))時(shí)間才是重要的。
換言之，相關(guān)峰值出現(xiàn)的位置將指示相對(duì)于參考模板接收到該信號(hào)的時(shí)間。這在采用到達(dá)時(shí)間差技術(shù)特別有用，因?yàn)樵诖饲闆r下傳輸發(fā)送的絕對(duì)時(shí)間是不相關(guān)的，正是到達(dá)不同接收機(jī)位置的信號(hào)(從相同位置發(fā)送)之間的相對(duì)時(shí)間揭示了目標(biāo)位置。本專業(yè)的技術(shù)人員會(huì)明白如何將所得數(shù)據(jù)用于確定目標(biāo)位置，如采用三角測(cè)量法。
因?yàn)橐阎龃a在所設(shè)計(jì)的波形內(nèi)?，F(xiàn)在就不必通過到發(fā)射機(jī)的直接鏈路記錄這些代碼。這些代碼是預(yù)先規(guī)定的，因此可以預(yù)先編程寫入每個(gè)接收機(jī)中，從而允許不顧特定傳輸信號(hào)的數(shù)據(jù)內(nèi)容而進(jìn)行互相關(guān)處理。接收機(jī)需要是同步的。
示例2在此示例中，有多個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)。這些發(fā)射機(jī)是同步的。各發(fā)射機(jī)會(huì)發(fā)送由接收機(jī)接收的信號(hào)。接收機(jī)還會(huì)將輸入信號(hào)與預(yù)先存儲(chǔ)的代碼相關(guān)，并記下各發(fā)射機(jī)接收到預(yù)先存儲(chǔ)的代碼的時(shí)間。但是，在此情況下，發(fā)射信號(hào)和接收到的目標(biāo)的反射信號(hào)之間的絕對(duì)時(shí)間是確定的。此方法利用了如下事實(shí)用于協(xié)議中的嵌入代碼在傳輸信號(hào)中是固定的(在已知位置)而且發(fā)射機(jī)在預(yù)定時(shí)間(接收機(jī)也知道)進(jìn)行發(fā)送。因此，如果發(fā)射機(jī)的時(shí)鐘與接收機(jī)的時(shí)鐘同步，則對(duì)每個(gè)發(fā)射機(jī)信號(hào)，接收機(jī)可以容易地確定發(fā)送的信號(hào)和接收的信號(hào)(通過目標(biāo)反射的)之間的絕對(duì)時(shí)間差。利用已知的有關(guān)發(fā)射機(jī)位置的數(shù)據(jù)，接收機(jī)就可以確定目標(biāo)位置。
在例如現(xiàn)代第三代蜂窩電話系統(tǒng)中，使用完全時(shí)間同步的網(wǎng)絡(luò)，以致每個(gè)基站在進(jìn)行發(fā)射時(shí)具有預(yù)先確定的一系列時(shí)隙和頻隙。然后，如果接收機(jī)同步于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，則它們知道哪一個(gè)基站已在同步方案精度1或2秒內(nèi)發(fā)送到?，F(xiàn)在當(dāng)相關(guān)處理確定了從目標(biāo)反射的傳輸信號(hào)的到達(dá)時(shí)間(以與前述一樣的方式)時(shí)，它就減去已知的傳輸時(shí)間以得到反射信號(hào)的飛行時(shí)間。此飛行時(shí)間信息將目標(biāo)置于一條軌跡上，這條軌跡連接所有其中目標(biāo)范圍相對(duì)于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)位置為常數(shù)的位置。為了求解目標(biāo)在此軌跡上的位置，需要第二條具有不同發(fā)射機(jī)位置的軌跡?，F(xiàn)在這些軌跡的交集就確定了目標(biāo)位置。顯然，在接收到來自多個(gè)發(fā)射機(jī)的信號(hào)反射的情況下，目標(biāo)位置的估計(jì)就變得更為精確。
在這兩個(gè)示例的優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，來自各發(fā)射機(jī)的信號(hào)最好具有獨(dú)有的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，以便接收機(jī)可以區(qū)分這些反射信號(hào)來自哪些發(fā)射機(jī)。這減少了所需的參數(shù)數(shù)量，如計(jì)算位置所需要輸入的接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)數(shù)量。此外，如果接收機(jī)已預(yù)先存儲(chǔ)識(shí)別了的發(fā)射機(jī)的幾何位置，即發(fā)射機(jī)的相對(duì)位置是已知的，則可以更容易地確定目標(biāo)位置。
當(dāng)然，本專業(yè)的技術(shù)人員清楚，存在許多屬于本發(fā)明范圍的不同的排列組合。
在某些情況下，發(fā)射機(jī)可能有必要連續(xù)發(fā)出信號(hào)，以便接收機(jī)區(qū)分連續(xù)信號(hào)，從而它們可以對(duì)相同信號(hào)，即相同時(shí)間發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行評(píng)估。
自然，所述系統(tǒng)可以包括多個(gè)接收機(jī)和多個(gè)發(fā)射機(jī)。盡管這種混合系統(tǒng)的計(jì)算將更為復(fù)雜，但有經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)家將清楚如何利用fdata。
此外，本發(fā)明者認(rèn)定，當(dāng)前的移動(dòng)電信網(wǎng)非常適合實(shí)現(xiàn)以上方法。因?yàn)橐苿?dòng)電話傳輸中使用上述預(yù)先存儲(chǔ)的代碼，故所述系統(tǒng)很適于使用標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)電話傳輸。例如，在移動(dòng)電話調(diào)制協(xié)議中，包括了有利于確定目標(biāo)位置的獨(dú)特的基站標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)和所謂的“訓(xùn)練序列”。GSM網(wǎng)絡(luò)通常以200千赫茲信道工作。26位長(zhǎng)的訓(xùn)練代碼(亦稱為中置碼)在每個(gè)數(shù)據(jù)包中，即每隔660微秒出現(xiàn)。正是這些代碼被用作每個(gè)接收機(jī)中的相關(guān)器參考。
在本發(fā)明的一個(gè)示例中，采用標(biāo)準(zhǔn)電話接收機(jī)，對(duì)送到A/D轉(zhuǎn)換器的、占據(jù)200千赫茲帶寬的接收信號(hào)解調(diào)并將數(shù)據(jù)包分成其訓(xùn)練序列和基站ID序列。向前饋送訓(xùn)練序列以便與預(yù)先存儲(chǔ)的訓(xùn)練序列相關(guān)，從而確定傳輸?shù)牡竭_(dá)時(shí)間。如果特定實(shí)現(xiàn)方案需要的話，就對(duì)基站標(biāo)識(shí)進(jìn)行解碼，從而可以確定基站位置(例如通過預(yù)先測(cè)量的信息)。
權(quán)利要求
1.一種在預(yù)先存儲(chǔ)的代碼作為部分通信協(xié)議用于傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中確定目標(biāo)位置的方法，所述方法包括下列步驟a)提供發(fā)射機(jī)，用于向所述目標(biāo)發(fā)送信號(hào)，b)提供多個(gè)彼此通信的接收機(jī)，用于接收從所述目標(biāo)反射的信號(hào)，所述接收機(jī)是時(shí)間或相位同步的；c)通過在各接收機(jī)中使所述接收到的信號(hào)與所述預(yù)先存儲(chǔ)的代碼連續(xù)相關(guān)而在所述接收機(jī)上確定反射信號(hào)的所述代碼的到達(dá)時(shí)間信息；d)利用與各接收機(jī)的位置相關(guān)的信息以及從步驟c)獲得的所述信息來確定所述目標(biāo)位置。
2.在預(yù)先存儲(chǔ)的代碼作為部分通信協(xié)議用于傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中確定目標(biāo)位置的方法，所述方法包括下列步驟a)提供多個(gè)發(fā)射機(jī)，用于分別向所述目標(biāo)發(fā)送信號(hào)，所述發(fā)射機(jī)是時(shí)間或相位同步的；b)提供接收機(jī)，用于接收從所述目標(biāo)反射的信號(hào)，其中，所述信號(hào)是在所述接收機(jī)已知的預(yù)定時(shí)間發(fā)出的；c)在各接收機(jī)中使所述接收到的信號(hào)與所述預(yù)先存儲(chǔ)的代碼相關(guān)，以識(shí)別特定信號(hào)的發(fā)射機(jī)；d)所述接收機(jī)通過將各發(fā)射機(jī)的各反射信號(hào)的預(yù)先存儲(chǔ)的代碼的到達(dá)時(shí)間從發(fā)送所述預(yù)先存儲(chǔ)的代碼的已知時(shí)間中減去而在接收所述信號(hào)的過程中確定時(shí)延；d)利用所述接收機(jī)已知的、與各發(fā)射機(jī)的位置相關(guān)的信息以及從步驟c)獲得的所述定時(shí)信息來確定所述目標(biāo)位置。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所發(fā)送的信號(hào)包括所述發(fā)射機(jī)獨(dú)有的調(diào)制或編碼部分，此調(diào)制或編碼部分由步驟(d)用于識(shí)別所述發(fā)射機(jī)及其位置。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所有所述接收機(jī)都向中央單元傳送所述到達(dá)時(shí)間信息和接收機(jī)標(biāo)識(shí)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述中央單元是所述接收機(jī)之一。
6.在具有多個(gè)發(fā)射機(jī)和多個(gè)接收機(jī)的通信系統(tǒng)中，利用通過如權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的方法獲得的組合信息來確定目標(biāo)位置。
7.一種如權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述信號(hào)是移動(dòng)電話傳輸、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字電視傳輸、數(shù)字無線電傳輸或數(shù)字衛(wèi)星傳輸信號(hào)。
8.一種如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述信號(hào)包括發(fā)送之前為所述接收機(jī)已知的數(shù)據(jù)的中置碼或其中一部分或任何獨(dú)有序列。
全文摘要
一種用于確定目標(biāo)位置的方法包括如下步驟提供一個(gè)發(fā)射機(jī)或多個(gè)發(fā)射機(jī)以向目標(biāo)發(fā)送信號(hào)，提供一個(gè)接收機(jī)或多個(gè)接收機(jī)以接收所述目標(biāo)反射的信號(hào)；在所述或各接收機(jī)上確定所述反射信號(hào)的到達(dá)信息時(shí)間；利用與所述或各接收機(jī)和/或所述或各發(fā)射機(jī)的位置相關(guān)的信息以及所獲得的信息來確定目標(biāo)位置。所述信號(hào)最好包括發(fā)射機(jī)所獨(dú)有的調(diào)制或編碼部分；以及所述信號(hào)部分因?yàn)樗鲂盘?hào)部分而與所述或各特定發(fā)射機(jī)相關(guān)。所述信號(hào)可以是移動(dòng)電話傳輸、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字電視傳輸、數(shù)字無線電傳輸或數(shù)字衛(wèi)星傳輸信號(hào)。
文檔編號(hào)G01S13/00GK1561454SQ02819090
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月3日
發(fā)明者S·J·阿特金森, A·A·巴克, B·S·里科特, C·N·史密斯, R·J·韋頓 申請(qǐng)人:羅克馬諾爾研究有限公司