專利名稱：尋找移動無線終端的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于尋找移動無線終端的系統(tǒng)或方法。
背景技術(shù)：
過去，已經(jīng)做出了許多嘗試來開發(fā)在給定區(qū)域內(nèi)確定目標(biāo)的方法。這樣的應(yīng)用包括確定軍事目標(biāo)的位置從而將武器導(dǎo)向該目標(biāo)，確定被盜車輛的位置從而將其找回，以及確定例如在野外環(huán)境中迷路的個(gè)人的位置。
在移動無線終端定位處理這一方面以及被稱為移動無線終端尋找處理的另一方面之間存在重要的區(qū)別。在文獻(xiàn)中，定位移動終端指的是通過該處理對移動終端的位置作出估計(jì)。該處理受多種隨機(jī)錯誤的影響，因此在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上衡量此種系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，這指示了該估計(jì)在多大程度上和移動終端真實(shí)位置的不同。相反，在此說明的尋找移動終端的處理涉及個(gè)人移動到移動終端的相同位置。從兩個(gè)處理的結(jié)果中可以清楚的理解二者的不同。當(dāng)如文獻(xiàn)中定位終端時(shí)，能夠獲得移動終端的位置估計(jì)，該估計(jì)可能距離真實(shí)位置幾百米遠(yuǎn)。然而當(dāng)尋找終端時(shí)，會移動到和終端的相同位置。正如在該部分后面所證明的，當(dāng)將位置系統(tǒng)的有效性和特定應(yīng)用的導(dǎo)航系統(tǒng)相比時(shí)，區(qū)別會非常顯著。例如能使突發(fā)事件響應(yīng)人員及時(shí)的找到受傷人員。
現(xiàn)有技術(shù)包含多種導(dǎo)航系統(tǒng)(homing system)的例子。這些主要的都是基于無線或聲波方向?qū)ふ业?，在某些情形中使用用于到目?biāo)距離的輔助指示器。此種系統(tǒng)以概念上非常簡單的方式運(yùn)行。導(dǎo)航裝置檢測來自目標(biāo)裝置的信號并測量接收信號的到達(dá)角度。然后建議用戶朝那個(gè)方向移動。對于所有的無線信號測量，測量的初始到達(dá)角度會出現(xiàn)隨機(jī)錯誤。然而在原理上，因?yàn)閷?dǎo)航裝置是在向著目標(biāo)裝置移動，重復(fù)測量會調(diào)整軌跡，這樣最終導(dǎo)航裝置到達(dá)目標(biāo)裝置的確切位置。注意到方向?qū)ふ覍?dǎo)航裝置不必確定或接收它自己的絕對位置或目標(biāo)裝置的絕對位置。該裝置能根據(jù)導(dǎo)航裝置和目標(biāo)裝置之間的相對方向獨(dú)立操作。
還存在用于移動無線終端的位置系統(tǒng)。在某些這種系統(tǒng)中，移動終端從多個(gè)位置已知的發(fā)射機(jī)接收信號，從而確定該終端的位置。也許此種系統(tǒng)最公知的例子是全球定位系統(tǒng)(GPS)。另一個(gè)例子是在美國專利5045861中說明的指示器。該指示器系統(tǒng)提供定位移動蜂窩電話的裝置。位置確定是根據(jù)移動站觀察到的來自網(wǎng)絡(luò)基站的信號到達(dá)時(shí)間差的。GPS和指示器系統(tǒng)都涉及移動終端測量從多個(gè)位置已知的發(fā)射機(jī)接收的多個(gè)信號。這樣的系統(tǒng)被稱為自定位系統(tǒng)。
位置系統(tǒng)的主要功能是在絕對意義上測量位置，例如在GPSWGS84全球坐標(biāo)框架內(nèi)。此種系統(tǒng)的性能是根據(jù)這樣的概念規(guī)定的，如包括67％的測量的誤差半徑。然而導(dǎo)航系統(tǒng)的性能是根據(jù)它使用戶尋找目標(biāo)裝置的次數(shù)百分比規(guī)定的。有效的導(dǎo)航系統(tǒng)能以非常高的次數(shù)百分比尋找目標(biāo)。當(dāng)然無線位置系統(tǒng)能被用作導(dǎo)航系統(tǒng)，但這要求系統(tǒng)的詳細(xì)說明(elaboration)，包括將目標(biāo)裝置估計(jì)位置傳送到正竭力尋找該目標(biāo)的用戶。如果位置估計(jì)誤差較大，則詳細(xì)說明的位置系統(tǒng)實(shí)際上不會提供一種以某種程度確定性尋找目標(biāo)裝置的方法，因此不能被認(rèn)為是有效的導(dǎo)航系統(tǒng)。無線位置系統(tǒng)定位移動電話用戶的應(yīng)用是有巨大商業(yè)利益的區(qū)域，因?yàn)槊绹?lián)邦通信委員會(FCC)要求蜂窩運(yùn)營商提供該性能(FCC96)。FCC在規(guī)定所需的準(zhǔn)確度中已經(jīng)區(qū)分了自和遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)。對于自定位系統(tǒng)，所需準(zhǔn)確度是67％的時(shí)間50米，95％的時(shí)間150米。對于遠(yuǎn)程系統(tǒng)，要求67％的時(shí)間100米，95％的時(shí)間300米。應(yīng)當(dāng)注意到這些統(tǒng)計(jì)要求應(yīng)用于大規(guī)模，例如整個(gè)城市。在特定區(qū)域，例如商業(yè)區(qū)，性能會更加糟糕。
假定FCC的要求和調(diào)度到E-911主叫用戶的緊急響應(yīng)人員的任務(wù)有特殊關(guān)系，這暗示著在該要求中將定位系統(tǒng)基于導(dǎo)航系統(tǒng)詳細(xì)說明并用作導(dǎo)航系統(tǒng)的意圖。然而可以看出，在規(guī)定中的準(zhǔn)確度要求不提供高可靠導(dǎo)航性能的基礎(chǔ)。例如對于遠(yuǎn)程系統(tǒng)，在5％的測量中，移動站的估計(jì)位置會距離其真實(shí)位置300多米遠(yuǎn)。在鄉(xiāng)村地區(qū)，300米不足以尋找丟失的物品或迷路的人，特別是在時(shí)間關(guān)鍵的緊急情形中。甚至自定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確度要求也不滿足有效導(dǎo)航性能所需的準(zhǔn)確度。
FCC要求中的準(zhǔn)確度雖然對于導(dǎo)航不是足夠的，但反映了當(dāng)前可大規(guī)模使用的商用移動電話定位系統(tǒng)的技術(shù)可行性限制。這些限制是由于陸地?zé)o線傳播的特性的，包括多徑(發(fā)射信號的多個(gè)版本到達(dá)接收機(jī))，信號遮蔽(通常在字面上是指陰影衰落)，以及遠(yuǎn)近干擾，其中來自遠(yuǎn)距離發(fā)射機(jī)的信號在接收機(jī)處被來自使用相同無線信道的較近的發(fā)射機(jī)的信號阻塞。多徑事實(shí)自身是接收機(jī)進(jìn)行的定時(shí)觀察中的偏移。該偏移是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間無線傳播路徑的函數(shù)。在位置估計(jì)中將該偏移解釋為誤差。遠(yuǎn)近干擾以及信號遮蔽另一方面導(dǎo)致自定位系統(tǒng)中移動站檢測到較少數(shù)目的發(fā)射機(jī)(或較少數(shù)目的接收機(jī)檢測到在遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)中由移動站發(fā)射的信號)。較少信號的檢測意味著可用于確定位置的較少觀察以及準(zhǔn)確度對應(yīng)的惡化。
當(dāng)然在理論上能夠通過進(jìn)行重復(fù)獨(dú)立測量并平均以減少誤差來克服位置系統(tǒng)的準(zhǔn)確度限制。然而實(shí)際上，由于持續(xù)的偏移，此種類型的平均充其量也會非常慢的降低誤差率。這些持續(xù)的偏移例如可能是鄰近地區(qū)的一個(gè)或若干大型建筑的結(jié)果，這些建筑對觀察的影響是不能通過重復(fù)測量降低的。在多數(shù)位置估計(jì)偏移的情形中，平均根本不能匯聚到真正的位置上。
因此本發(fā)明的目的是提供一種有效尋找目標(biāo)的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方法，該方法包括步驟(a)進(jìn)行和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(目標(biāo)觀察)；以及(b)根據(jù)該一個(gè)或多個(gè)觀察以及該一個(gè)或多個(gè)觀察的估計(jì)誤差分布來產(chǎn)生路線。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方法，該方法包括步驟(a)進(jìn)行和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(目標(biāo)觀察)；以及(b)根據(jù)該一個(gè)或多個(gè)觀察以及該一個(gè)或多個(gè)觀察的估計(jì)誤差分布來產(chǎn)生路線，從而提供目標(biāo)的可能位置。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方法，該方法包括步驟(a)進(jìn)行和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(目標(biāo)觀察)；(b)進(jìn)行和探測器相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(探測器觀察)；以及(c)根據(jù)一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)觀察以及探測器觀察的比較以及該一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)和探測器觀察的估計(jì)誤差分布來產(chǎn)生路線。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方法，該探測器能直接從目標(biāo)接收目標(biāo)觀察從而提供直接的目標(biāo)觀察，該方法包括步驟(a)進(jìn)行和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(目標(biāo)觀察)；(b)進(jìn)行和探測器相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(探測器觀察)；以及(c)根據(jù)一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)觀察、一個(gè)或多個(gè)探測器觀察、直接目標(biāo)觀察的比較以及該一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)和探測器觀察的估計(jì)誤差分布來產(chǎn)生路線。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種用于尋找目標(biāo)的導(dǎo)航裝置，該導(dǎo)航裝置包括接收機(jī)，用于接收導(dǎo)航裝置的周圍信號，并測量這些接收信號的至少一個(gè)選定屬性以產(chǎn)生導(dǎo)航裝置觀察；以及輸出端，用于提供路線信息給用戶以尋找該目標(biāo)；其中該路線信息是通過比較導(dǎo)航裝置觀察和目標(biāo)觀察而確定的，所述目標(biāo)觀察是從對和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的信號的至少一個(gè)選定屬性以及和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的信號的至少一個(gè)測量選定屬性的估計(jì)誤差分布進(jìn)行測量而導(dǎo)出的。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方法，該方法包括步驟(a)計(jì)算目標(biāo)的至少一個(gè)可能位置；以及(b)產(chǎn)生將探測器導(dǎo)向該至少一個(gè)可能位置中最可能位置的路線。


現(xiàn)在將參考下面的

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中的元件的第一配置；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中的元件的第二配置；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中的元件的第三配置；圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中的元件的通用配置；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的導(dǎo)航裝置的主要元件；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的目標(biāo)裝置的主要元件；圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法中所用的步驟順序；圖8顯示了用于尋找目標(biāo)、覆蓋街道拓?fù)涞母怕史植?；圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明替換實(shí)施例的導(dǎo)航裝置的主要元件；
圖10顯示了在本發(fā)明替換方法中所用的步驟順序。
具體實(shí)施例方式
在下面的說明中，導(dǎo)航系統(tǒng)指的是用于估計(jì)相對位置、選擇搜索路線等的處理裝置和導(dǎo)航裝置的組合。導(dǎo)航裝置指的是由用戶攜帶的并且系統(tǒng)通過該裝置和用戶通信的裝置。有時(shí)會使用術(shù)語“探測器”，它指的是導(dǎo)航裝置自身或?qū)Ш窖b置用戶，或用戶和導(dǎo)航裝置的組合。
在下面的段落中，公開了一系列方法，它們可被用于實(shí)現(xiàn)在移動無線終端中的導(dǎo)航的有效系統(tǒng)。根據(jù)應(yīng)用的特性以及影響該應(yīng)用的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)約束，這些方法可以不同的組合來應(yīng)用。為有助于理解不同的方法以及它們所使用的環(huán)境，分別根據(jù)目標(biāo)以及導(dǎo)航裝置提供的性能將可能的導(dǎo)航應(yīng)用分成三組1.目標(biāo)裝置測量無線信號的選定屬性并將其報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)，但導(dǎo)航裝置沒有獨(dú)立的信號測量性能。
該配置顯示在圖1中，其中在包括BTS單元2，3，4和5的移動電話網(wǎng)絡(luò)1內(nèi)顯示了目標(biāo)裝置10。目標(biāo)裝置10能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信號測量，并將其報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)30。導(dǎo)航裝置20不能進(jìn)行周圍信號的測量。導(dǎo)航系統(tǒng)30直接和導(dǎo)航裝置20通信。
注意到雖然優(yōu)選實(shí)施例使目標(biāo)裝置10進(jìn)行周圍的它自己的測量，期望其他裝置進(jìn)行目標(biāo)10發(fā)射的信號的測量，并將其報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)30。可選的，這些測量可由目標(biāo)裝置和一個(gè)或多個(gè)外部裝置進(jìn)行。
2.目標(biāo)和導(dǎo)航裝置測量無線信號的選定屬性并將其報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)。
該配置顯示在圖2中，其中目標(biāo)裝置10在包括BTS單元2，3，4和5的移動電話網(wǎng)絡(luò)1內(nèi)。目標(biāo)裝置10能進(jìn)行周圍信號的測量并將其報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)30。在該配置中，導(dǎo)航裝置20能進(jìn)行周圍信號的測量并將其報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)30。
再次的，雖然優(yōu)選的導(dǎo)航裝置20進(jìn)行它自己的周圍測量，期望其他裝置能測量導(dǎo)航裝置20發(fā)射的信號并相應(yīng)的報(bào)告。
3.目標(biāo)和導(dǎo)航裝置測量它們附近的無線信號的選定屬性并將其報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)。此外，導(dǎo)航裝置直接測量目標(biāo)裝置發(fā)射的信號的選定屬性，并將這些提供給導(dǎo)航系統(tǒng)。
該配置顯示在圖3中，其中目標(biāo)裝置10在通常用1指示的移動通信網(wǎng)絡(luò)中，移動通信網(wǎng)絡(luò)1還包括BTS單元2，3，4和5。目標(biāo)裝置10能測量它周圍的信號并將這些測量結(jié)果報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)30。類似的，導(dǎo)航裝置20能測量它周圍的信號并將結(jié)果報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)30。此外，導(dǎo)航單元20能接收并處理目標(biāo)裝置10發(fā)射的信號。可選的，導(dǎo)航裝置20能用作目標(biāo)裝置10和導(dǎo)航系統(tǒng)30之間的中繼，從而它能中繼從目標(biāo)裝置10接收到的傳輸?shù)綄?dǎo)航系統(tǒng)30，而非目標(biāo)裝置10直接發(fā)射其信息到導(dǎo)航系統(tǒng)30。
總之，可以認(rèn)為導(dǎo)航處理具有兩個(gè)階段搜索階段和跟蹤階段。
搜索階段應(yīng)用在目標(biāo)和導(dǎo)航裝置不能報(bào)告足夠的共有觀察即相同信號的觀察從而能直接測量它們的相對位置的情形中。在該階段中，使用使導(dǎo)航用戶執(zhí)行對目標(biāo)的有效搜索的方法，目標(biāo)是減少導(dǎo)航和目標(biāo)裝置之間間距到能進(jìn)行足夠共有測量的點(diǎn)。一旦有足夠的共有觀察可用，導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)入跟蹤處理，使用觀察共有組之間的差異從而使導(dǎo)航裝置更快地匯聚到目標(biāo)的位置。注意到如果搜索足夠徹底，則能不必使用跟蹤階段就成功的發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。然而該目的是盡可能獲得最有效的搜索。
該系統(tǒng)提供能測量地理上分散的網(wǎng)絡(luò)終端接收的信號的選定屬性的移動終端(目標(biāo)裝置)10，這些分散的網(wǎng)絡(luò)終端是服務(wù)于該移動終端的網(wǎng)絡(luò)的。(這些網(wǎng)絡(luò)終端可以或無需固定在它們的位置，然而假定它們的位置在任意給定時(shí)間是確切知道的。)這些測量在下文中將被稱作觀察。目標(biāo)裝置10將觀察報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)30。作為例子，移動終端10可以是蜂窩移動電話。在這樣的情形中，網(wǎng)絡(luò)終端可以使圖1到3所示的蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)10的基站(2到5)?？蛇x的，移動終端可以是無線LAN適配器。在該情形中，網(wǎng)絡(luò)終端可以是固定無線接入點(diǎn)。假定網(wǎng)絡(luò)終端的位置對于導(dǎo)航系統(tǒng)是可用的。還進(jìn)一步假定，當(dāng)移動終端10報(bào)告關(guān)于特定網(wǎng)絡(luò)終端的觀察時(shí)，它還提供使導(dǎo)航系統(tǒng)30識別該終端的信息(為了使用有關(guān)其位置的信息)。例如在蜂窩網(wǎng)絡(luò)情形中，識別基站的參數(shù)可以和任何觀察一起提供。
在圖1的情形中，導(dǎo)航裝置20不具有測量性能的事實(shí)意味著僅能應(yīng)用搜索方法。導(dǎo)航系統(tǒng)30首先使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來確定目標(biāo)10是移動的還是固定的。如果目標(biāo)裝置10在移動，導(dǎo)航系統(tǒng)30能在位置距離上收集獨(dú)立的觀察，過濾觀察從而減少觀察中的空間不相關(guān)偏移(例如多徑偏移)。這樣的組能足夠準(zhǔn)確從而導(dǎo)航裝置20能提供使導(dǎo)航裝置20的用戶遵循能攔截目標(biāo)裝置10的路線的指導(dǎo)。此外，準(zhǔn)確度能足夠高，從而能遵循目標(biāo)的前進(jìn)，允許用戶等待直至目標(biāo)10停止移動。有足夠強(qiáng)的公共安全理由在試圖攔截目標(biāo)之前等待，直到該目標(biāo)靜止。
在某些配置中(正如下面將詳細(xì)說明的)，用戶可能給導(dǎo)航裝置提供關(guān)于目標(biāo)10移動性的信息。
在目標(biāo)是靜止的情形中，(在引起位置估計(jì)嚴(yán)重偏移的環(huán)境中更難以發(fā)現(xiàn)目標(biāo))，采用以下策略。導(dǎo)航系統(tǒng)30使用目標(biāo)裝置10報(bào)告的觀察估計(jì)該裝置的最可能位置(例如通過計(jì)算目標(biāo)裝置位置的概率密度函數(shù)(p.d.f))。該p.d.f可以是連續(xù)的，但為了便于解釋，我們假定它是可能位置及代表目標(biāo)裝置10在該位置概率的相關(guān)概率值列表的形式。導(dǎo)航系統(tǒng)30然后制定一條路線，首先訪問目標(biāo)的最可能位置，然而訪問次可能性位置(考慮街道拓?fù)?。該路線通過標(biāo)準(zhǔn)裝置，例如合成語音、文本或圖像，被傳送到用戶的導(dǎo)航裝置。用戶然后沿該路線尋找目標(biāo)10的聽覺或視覺跡象。通過首先訪問最可能的位置，導(dǎo)航裝置的用戶能以最有效的方式找到目標(biāo)。然而，通過遵循窮舉的制定路線，導(dǎo)航裝置用戶最終會找到目標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用戶接口無需指示目標(biāo)的位置，而是指出能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的路線。該形式的接口相比提供可能位置列表的接口能引起用戶部分的更少的挫折。這反過來使得用戶可能遵循徹底的搜索處理并借此成功找到目標(biāo)裝置。路線制定處理可能由于這些因素最佳化路線，這些因素例如是可能位置的街道拓?fù)湟约暗乩黻P(guān)系。例如在那些位置處的目標(biāo)10的可能位置及相關(guān)概率之間的距離可被用于選擇具有最少期望距離的路徑。
可以看出本發(fā)明的方面是在位置已知的無線網(wǎng)絡(luò)中地理分散的終端(2-5)和目標(biāo)移動終端10之間的與路徑(主要的是距離)相關(guān)的信號特征觀察。因此，本發(fā)明還應(yīng)用于配備有GPS接收機(jī)的移動終端，它能觀察來自衛(wèi)星的信號到達(dá)時(shí)間。類似的，還可應(yīng)用于遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用例如基于遠(yuǎn)程陸地的接收機(jī)觀察移動站發(fā)射的信號。
在某些情形中，導(dǎo)航系統(tǒng)30可被設(shè)計(jì)用于執(zhí)行在中間點(diǎn)的相對位置測量以及路線選擇等，并僅將導(dǎo)航裝置20用作和導(dǎo)航用戶通信的裝置。在該情形中，用戶甚至不需要專用的導(dǎo)航裝置，而能僅使用某些其他通用的通信裝置來接收指導(dǎo)。這意味著例如，需要導(dǎo)航性能的警察能通過現(xiàn)有警察無線網(wǎng)絡(luò)傳送指導(dǎo)，借此大大降低配置費(fèi)用。
如上所述，本方面的導(dǎo)航系統(tǒng)30能使用戶移動到目標(biāo)的位置。導(dǎo)航系統(tǒng)30計(jì)算目標(biāo)10的一組可能位置，并提供規(guī)定了有效搜索路線的指導(dǎo)給用戶。該路線根據(jù)導(dǎo)航裝置20的性能，特別是導(dǎo)航裝置是否具有獨(dú)立定位性能而以不同方式規(guī)定。對于導(dǎo)航裝置具有獨(dú)立定位性能(例如GPS接收機(jī))的情形，導(dǎo)航裝置20的用戶指導(dǎo)可以簡單的以移動的相對方向來提供(例如屏幕上的箭頭也依賴于GPS接收機(jī)檢測移動的當(dāng)前方向的能力)。當(dāng)用戶移動時(shí)該方向可以自動更新。然而，更簡單的替換方案也是可行的。在此情形中，能根據(jù)當(dāng)?shù)仃憳?biāo)，例如街道名稱等，逐步的給用戶提供指令?？梢韵蛴脩粼儐栄b置相對于特定街道的方向。導(dǎo)航系統(tǒng)30依賴于用戶來指示已經(jīng)完成了哪個(gè)特定步驟。例如對于在他們熟悉本地地理的區(qū)域中使用導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶是合適的。一種這樣的應(yīng)用可以是搜索環(huán)繞某人家的街道以尋找迷路的孩子或丟失的寵物。無需要求導(dǎo)航裝置內(nèi)的定位性能而運(yùn)行的系統(tǒng)的這一能力使得導(dǎo)航裝置的成本非常小，在某人準(zhǔn)備為裝置付錢以用于例如尋找丟失寵物的偶爾應(yīng)用中，成本會更少。
現(xiàn)在回到圖2的情形，圖2包括第一方面的所有元件，導(dǎo)航裝置20現(xiàn)在配備有能測量和目標(biāo)裝置10相同類型的網(wǎng)絡(luò)信號屬性的接收機(jī)。導(dǎo)航系統(tǒng)30可以多種方式使用該額外信息。特別是當(dāng)導(dǎo)航20以及目標(biāo)10裝置報(bào)告了足夠的共有觀察時(shí)，它能使導(dǎo)航系統(tǒng)30從搜索操作模式移動到跟蹤模式。跟蹤模式包括直接計(jì)算導(dǎo)航和目標(biāo)裝置的相對位置。在出現(xiàn)共有模式誤差時(shí)，與獨(dú)立計(jì)算目標(biāo)和導(dǎo)航裝置的位置并對結(jié)果求差相比，允許相對位置的更準(zhǔn)確的計(jì)算。使用共有觀察測量相對位置的處理是圖2情形中的發(fā)明這一方面的特征。除了準(zhǔn)確度改進(jìn)的潛在可能之外，直接從共有觀察組計(jì)算相對位置的能力允許系統(tǒng)即使在異步無線網(wǎng)絡(luò)中也能運(yùn)行，而無需要求使用偽同步方法。實(shí)際上這意味著導(dǎo)航系統(tǒng)需要比現(xiàn)有技術(shù)的方法和系統(tǒng)所需的網(wǎng)絡(luò)終端更少的網(wǎng)絡(luò)終端來有效運(yùn)行，現(xiàn)有技術(shù)例如在美國專利No.6529165中說明的。
如果目標(biāo)和導(dǎo)航裝置配備了GPS接收機(jī)，借此提供來自目標(biāo)和導(dǎo)航裝置的GPS信號觀察給導(dǎo)航系統(tǒng)，本發(fā)明的這一方面也能起作用。(注意到GPS接收機(jī)被用于報(bào)告定時(shí)觀察，而非用于位置)。還能應(yīng)用于遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)，在該情形中，導(dǎo)航裝置配備有能被遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)地理分散的接收機(jī)觀察到的移動電話發(fā)射機(jī)。
如上根據(jù)第一方面的所述，導(dǎo)航系統(tǒng)還可以被設(shè)計(jì)為將信號觀察傳送到中間點(diǎn)，所有的計(jì)算在中間點(diǎn)完成，然后相關(guān)導(dǎo)航信息被傳送到導(dǎo)航裝置。
本方面的進(jìn)一步特征是給導(dǎo)航裝置20提供發(fā)送數(shù)據(jù)消息到目標(biāo)裝置10的裝置，該消息指定了目標(biāo)裝置要測量的一系列無線信道。這使得導(dǎo)航系統(tǒng)30能將目標(biāo)裝置20的測量資源集中于導(dǎo)航裝置20能聽見的無線信號上，借此增加兩個(gè)得到的觀察組之間的公共性程度。
可選的，導(dǎo)航系統(tǒng)30能命令導(dǎo)航裝置20測量目標(biāo)裝置20測量的相同信號，并報(bào)告給導(dǎo)航系統(tǒng)30。
還可以規(guī)定目標(biāo)裝置向?qū)Ш窖b置指示無線網(wǎng)絡(luò)信道參數(shù)，使得導(dǎo)航裝置檢測這些信號。這些信道參數(shù)可以包括頻率、時(shí)隙、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)識別符以及代碼。導(dǎo)航裝置借此直接測量目標(biāo)裝置發(fā)射的信號的機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)導(dǎo)航裝置接近目標(biāo)裝置時(shí)，提供額外的、高準(zhǔn)確度的位置信息源，位置意義上的這些測量的準(zhǔn)確性迅速增加，從而使得導(dǎo)航信息更快速的匯聚。
當(dāng)然該設(shè)備在無線網(wǎng)絡(luò)中更易于實(shí)施，在無線網(wǎng)絡(luò)中終端發(fā)射和接收頻帶沒有雙工分離。例子包括運(yùn)行在TDD模式的UMTS網(wǎng)絡(luò)，以及TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)。然而在其他情形中，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素也會使得將該性能添加到導(dǎo)航裝置上很有用。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是將方向?qū)ふ姨炀€包括在導(dǎo)航裝置上。在目標(biāo)裝置和導(dǎo)航裝置之間的視線傳播可能的情形中，可以標(biāo)準(zhǔn)方式使用方向?qū)ふ姨炀€來促進(jìn)目標(biāo)的快速匯聚。
在導(dǎo)航裝置能測量來自目標(biāo)的方向信號到達(dá)時(shí)間的例子中，該方面的進(jìn)一步增強(qiáng)是可能的。該增強(qiáng)假定導(dǎo)航裝置和目標(biāo)裝置能測量到相同BTS的往返時(shí)間。該信息能被發(fā)送到導(dǎo)航系統(tǒng)30以計(jì)算下面使用的不同距離信息。當(dāng)然還能理解導(dǎo)航裝置20能有自己的計(jì)算能力。如果目標(biāo)的定時(shí)提前由標(biāo)準(zhǔn)通信方法(例如SMS)被傳送到導(dǎo)航裝置，則可能計(jì)算出導(dǎo)航裝置到目標(biāo)、導(dǎo)航裝置到公共BTS的距離，以及目標(biāo)裝置到公共BTS的距離。這提供了三角形的三條邊，或當(dāng)導(dǎo)航裝置的位置已知時(shí)進(jìn)行輻射-輻射位置測量的足夠信息。該測量不提供絕對位置固定，而是提供目標(biāo)的相對位置。當(dāng)導(dǎo)航裝置距離目標(biāo)更近時(shí)，該相對位置測量會增加準(zhǔn)確度。該相對位置可以和方向?qū)ふ姨炀€相似方式被用于指示到目標(biāo)的相對角度(以及距離)。為了使用該相對角度信息，需要給用戶提供方向，例如通過指南針或讓用戶將導(dǎo)航裝置對準(zhǔn)特定街道。
本發(fā)明這一方面的特定例子被應(yīng)用于移動電話網(wǎng)絡(luò)，借此導(dǎo)航系統(tǒng)30的用戶40能尋找圖4所示的移動電話。圖4說明了移動電話網(wǎng)絡(luò)1的一個(gè)片斷，其中包括多個(gè)地理分散的BTS1，2，3，4和5?？梢杂懈嗷蚋俚腂TS。還顯示了導(dǎo)航裝置20和目標(biāo)裝置10，目標(biāo)裝置10在該例中是移動電話。導(dǎo)航和目標(biāo)裝置能通過移動電話網(wǎng)絡(luò)1交換數(shù)據(jù)。注意到雖然BTS 2，3，4和5通常被認(rèn)為是移動網(wǎng)絡(luò)的部分，顯示1從而表示移動電話網(wǎng)絡(luò)需要的在導(dǎo)航和目標(biāo)裝置之間提供通信設(shè)備的額外元件。該交換可以是通過短消息服務(wù)(SMS)或網(wǎng)絡(luò)支持的其他數(shù)據(jù)交換協(xié)議，例如網(wǎng)絡(luò)支持的基于分組的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。導(dǎo)航裝置由用戶40擁有，該用戶嘗試徒步或通過某些其他交通工具尋找目標(biāo)裝置10。
導(dǎo)航裝置20的主要元件顯示在圖5中。它包括標(biāo)準(zhǔn)的移動電話發(fā)射機(jī)21，移動電話接收機(jī)22，該接收機(jī)被增強(qiáng)從而當(dāng)需要時(shí)能進(jìn)行其臨近區(qū)域內(nèi)能夠檢測的所有BTS的廣播信道的包括接收信號電平以及定時(shí)的準(zhǔn)確測量。接收機(jī)能測量信號定時(shí)的準(zhǔn)確度是在ETSI.GSM05.05附件I中規(guī)定的GSM E-OTD測量所需的級別“數(shù)字蜂窩電信系統(tǒng)(階段2+)；無線傳輸以及接收，2001(digital cellulartelecommunication system(phase 2+)；radio transmission and reception，2001)”，在此結(jié)合作為參考。測量報(bào)告包括識別對應(yīng)各個(gè)測量的BTS的信息。例如對于GSM網(wǎng)絡(luò)，它可以是全小區(qū)Id或替換的是短Id。接收機(jī)還提供在無線信道指定列表上可選的執(zhí)行測量的性能。這些信道可在和其他測量描述參數(shù)一起從導(dǎo)航裝置接收的消息中指定。接收機(jī)的增強(qiáng)可以和那些所需用于支持諸如全球移動系統(tǒng)(GSM)，增強(qiáng)的觀察時(shí)間差(E-OTD)標(biāo)準(zhǔn)位置系統(tǒng)的要求一致?？商鎿Q的，該修改可以是特定目的。導(dǎo)航裝置20還包括通用計(jì)算機(jī)或處理器23，例如在移動電話中通常所發(fā)現(xiàn)的。導(dǎo)航裝置可以包括顯示器24，能提供地像。該地圖顯示不是必需的，然而它能提供傳送路線指引信息給用戶的更方便的方式。還應(yīng)當(dāng)注意到，地圖顯示可被實(shí)施為在標(biāo)準(zhǔn)圖像屏幕上顯示的數(shù)字地圖。因此地圖顯示還可用于傳送其他信息給用戶，例如指示指南針指向的箭頭。導(dǎo)航裝置20的進(jìn)一步可選元件可以是指南針25。這樣的指南針可以是固態(tài)結(jié)構(gòu)，提供小型但成本有效的實(shí)施方案。該指南針能使地圖顯示選擇性的指向相對地面的正確方向，和實(shí)際北方對準(zhǔn)，而不管用戶旋轉(zhuǎn)該裝置的方向。這樣的指南針還能允許始終提供目標(biāo)的相對方向指示，而不管用戶對該裝置的旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)航裝置還包括人機(jī)接口(MMI)26，例如通常在移動電話中提供的，允許用戶選擇性輸入有關(guān)目標(biāo)裝置可能移動性的信息。
目標(biāo)裝置10的主要元件顯示在圖6中。它包含標(biāo)準(zhǔn)移動電壺發(fā)射機(jī)11，移動電話接收機(jī)12，可以和導(dǎo)航裝置20內(nèi)的移動電話接收機(jī)22類似的選擇性修改該接收機(jī)，還包括處理器36。
導(dǎo)航裝置20尋找目標(biāo)裝置的方法中所用的步驟在圖7中顯示。
檢測移動 導(dǎo)航裝置處理器23(參考圖5)接收目標(biāo)接收機(jī)12測量的接收信號定時(shí)和信號強(qiáng)度的測量(觀察)。導(dǎo)航裝置處理器23能使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)確定目標(biāo)裝置10是否是移動的。例如它可以檢查在兩個(gè)不同時(shí)間周期做出的觀察之間的平方誤差和，并使用統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)確定是否有顯著變化。如果檢測到移動，則方法進(jìn)行到步驟“顯示攔截路線”，否則假定目標(biāo)實(shí)際靜止，并進(jìn)行到下一步驟，計(jì)算p.d.f?？蛇x的，如果導(dǎo)航裝置20的用戶指定導(dǎo)航系統(tǒng)30應(yīng)當(dāng)將目標(biāo)裝置10看作靜止，該方法在計(jì)算p.d.f處開始，這也是搜索策略的開始。
計(jì)算p.d.f導(dǎo)航系統(tǒng)30從目標(biāo)裝置10接收定時(shí)和信號強(qiáng)度測量。如果網(wǎng)絡(luò)是同步的，或偏移已知(如在美國專利6529165 B1中描述的方法或E-OTD標(biāo)準(zhǔn)中所作的)，則能根據(jù)定時(shí)測量計(jì)算目標(biāo)裝置的位置估計(jì)。使用已知方法，能估計(jì)位置估計(jì)的p.d.f。例如，可以使用僅有少量計(jì)算負(fù)載的方法來計(jì)算誤差橢圓，假定誤差是高斯的，以及在接近目標(biāo)裝置10的真實(shí)位置處位置等式能線性化。一種更準(zhǔn)確的技術(shù)涉及使用如在A.M.Zoubir以及B.Boashash-The bootstrap andits application in signal processing 1998年1月IEEE信號處理雜志15(1)56-76描述的自引導(dǎo)方法，在此結(jié)合其作為參考。這可以包括諸如從一組所有可用觀察中選擇隨機(jī)四個(gè)公共定時(shí)參數(shù)。每一個(gè)四個(gè)都能被用于計(jì)算唯一的位置估計(jì)。這些四個(gè)的采樣分布能給出目標(biāo)裝置位置的p.d.f的指示。離散化該p.d.f，以產(chǎn)生具有對應(yīng)概率的可能位置列表。
如果網(wǎng)絡(luò)不是同步的且基站定時(shí)偏移未知，可使用信號強(qiáng)度測量進(jìn)行目標(biāo)裝置位置的低準(zhǔn)確度估計(jì)。在公開的文獻(xiàn)中說明了若干方法進(jìn)行此種測量，例如Martin Hellebrandt，Rudolf Mathar和Scheibenbogen Markus-Estimating position and velocity of mobiles in acellular radio network1997年2月，IEEE Transactions on VehicularTechnology，46(1)65-71，其內(nèi)容結(jié)合在此作為參考。此種類型的方法通常被稱為小區(qū)ID或網(wǎng)絡(luò)測量結(jié)果(NMR)定位方法。誤差橢圓和修改的自導(dǎo)引方法可被用于該例中的p.d.f。
用于計(jì)算路線的算法的例子現(xiàn)在說明。
該算法尋找在特定區(qū)域內(nèi)的搜索路線，目的是尋找目標(biāo)。該算法的目的是產(chǎn)生具有找到目標(biāo)的最小期望時(shí)間的路線。以下是接近該目標(biāo)的試探算法●根據(jù)觀察，產(chǎn)生目標(biāo)位置的概率密度函數(shù)(p.d.f)。這可以有多種方式。
-一種方法是計(jì)算測量[J’V-1J]-1的協(xié)方差矩陣，其中V是觀察的協(xié)方差矩陣。如果誤差是高斯的，則可以使用用于多維高斯p.d.f的標(biāo)準(zhǔn)等式。在該情形中，恒定概率的形狀是橢圓的。
-協(xié)方差矩陣方法假定誤差是高斯分布的。沒有該假定的替換方法是使用自導(dǎo)引重新采樣從而產(chǎn)生p.d.f的估計(jì)。
●一旦得到p.d.f，可以將p.d.f覆蓋在感興趣區(qū)域的街道地圖上。將該地圖變換為一組點(diǎn)和邊，街道對應(yīng)邊，交集是點(diǎn)。對于每條邊，將估計(jì)的p.d.f結(jié)合到鄰近區(qū)域上從而分配概率到該點(diǎn)。相鄰區(qū)域可用多種方式定義，但由該區(qū)域的簡單部分組成。例如如果該區(qū)域僅由1000米長的兩條平行的路，之間相隔50米，則各條邊的繼承區(qū)域是50米寬、中心在街道、1000米長的矩形。
●問題現(xiàn)在僅僅是沿著一組點(diǎn)和邊尋找路線，其中給各邊分配了概率。該問題的公式化適于用圖形理論分析。
導(dǎo)航系統(tǒng)的這一方面提供了用于探測器的有效路線，從而會得到定位目標(biāo)的最短期望時(shí)間。當(dāng)檢測移動步驟確定沒有移動時(shí)才使用上述的處理過程。然而在該情形中，當(dāng)檢測到移動時(shí)，必須考慮目標(biāo)10的移動速度。對于非常低的速度，系統(tǒng)不可能檢測到該移動，從而會將其當(dāng)作非移動情形操作。
在數(shù)據(jù)指示目標(biāo)是移動的事件中(因此以某種速度)，不再可能為探測器提供匯聚到目標(biāo)的路線。這是因?yàn)椴荒芗俣繕?biāo)的速度保持不變，以及因?yàn)楸ＷC匯聚，探測器必須維持較目標(biāo)較快的速度，而這是導(dǎo)航系統(tǒng)在嘗試計(jì)算這樣的路線時(shí)不能依賴的東西。因此在該環(huán)境中，導(dǎo)航系統(tǒng)會通知探測器檢測到目標(biāo)是移動的，不是提供詳細(xì)的搜索路線，而是提供導(dǎo)向目標(biāo)可能位置的簡單的路線。該想法是探測器會向目標(biāo)當(dāng)前位置附近移動，從而假定只要目標(biāo)足夠慢就能導(dǎo)航。在探測器足夠接近目標(biāo)從而系統(tǒng)能開始跟蹤處理的事件中，操作被相應(yīng)修改。
顯示路線根據(jù)先前計(jì)算的p.d.f，能確定首先訪問目標(biāo)最可能位置的路線，然后逐漸移動到次可能位置。此種路線的一個(gè)簡單的例子會在最可能的位置開始，然后在同心橢圓中向外移動，這和街道模式相關(guān)?？稍趯?dǎo)航裝置20的地圖顯示器24中顯示該路線信息。還能通過文本或聲音消息提供給用戶。
過濾觀察導(dǎo)航裝置20移動的同時(shí)，可使用解釋移動的方法來過濾觀察。這樣的過濾器是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。一種例子是Kalman過濾器。該過濾提供了定時(shí)和信號強(qiáng)度的更準(zhǔn)確估計(jì)。來自目標(biāo)裝置10的觀察可用類似方式過濾，在此例中考慮在檢測移動步驟關(guān)于目標(biāo)裝置移動性所做出的決定。執(zhí)行該步驟的同時(shí)，假定導(dǎo)航裝置20的用戶沿著在該步驟中規(guī)定的路線前進(jìn)。
如果導(dǎo)航裝置20具有獨(dú)立定位性能，則能夠平均受相對位置估計(jì)干擾的絕對位置。如果導(dǎo)航裝置在較廣泛區(qū)域內(nèi)移動，這會改進(jìn)得到的估計(jì)的準(zhǔn)確度。
計(jì)算接近度量接近度量的計(jì)算僅包括導(dǎo)航裝置10以及目標(biāo)裝置10所報(bào)告的BTS的觀察。該觀察子集被稱為輸入-公共子集。例如，如果導(dǎo)航裝置20觀察到特定BTS，而目標(biāo)裝置10沒有觀察到，則導(dǎo)航裝置對該BTS的測量不會被包括在該輸入-公共子集中。接近度量會采取多種形式。最簡單的是來自導(dǎo)航裝置20的定時(shí)和信號強(qiáng)度過濾估計(jì)和來自目標(biāo)裝置10的定時(shí)和信號強(qiáng)度的過濾觀察之間的平方加權(quán)和，再除以輸入-公共子集中的BTS的數(shù)目。該加權(quán)考慮了各個(gè)觀察的可變性估計(jì)。
該度量的更嚴(yán)格的版本是可用的。例如，如果N等于輸入-公共子集中的BTS的數(shù)目，不是用平方加權(quán)和除以N，可能是除以N的非線性函數(shù)。選擇該非線性函數(shù)從而當(dāng)輸入-公共子集中的BTS的數(shù)目增加時(shí)降低該度量的尺寸。此中函數(shù)可以是N2。該非線性是基于當(dāng)導(dǎo)航和目標(biāo)裝置相互接近則它們極有可能檢測到相同BTS這一明顯現(xiàn)象的。
如果接近度量指示目標(biāo)裝置10和導(dǎo)航裝置20相互接近，則方法會通過使用公共模式求差步驟進(jìn)入跟蹤模式，否則該方法使用過濾器觀察步驟。
使用公共模式求差一旦確定導(dǎo)航裝置20和目標(biāo)裝置10相互接近，則能更準(zhǔn)確的計(jì)算相對位置。這部分是因?yàn)橄藢?dǎo)航和目標(biāo)裝置觀察中的公共模式誤差，部分和多徑偏移有關(guān)。在GPS現(xiàn)有技術(shù)中，公開了用于計(jì)算此種情形中的相對位置的若干方法。最簡單的方法是使用來自導(dǎo)航裝置的觀察連續(xù)進(jìn)行位置估計(jì)，但將觀察限制到輸入-公共子集中。類似的，可以僅使用輸入-公共子集中的來自目標(biāo)裝置10的觀察來進(jìn)行位置估計(jì)。通過取兩個(gè)位置估計(jì)之間的向量差來計(jì)算相對位置?？商鎿Q的，可以直接計(jì)算相對位置，這需要更少數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)終端。
因?yàn)楣材Ｊ角蟛钅芴峁└鼫?zhǔn)確的相對位置確定，用戶可能被通知放棄預(yù)定的路線，而是遵循從導(dǎo)航裝置到目標(biāo)裝置的相對位置所指示的方向或新路線?？稍诘貓D顯示器24(參見圖5)上指示該修改的方向組，或通過MMI26給出音頻或視頻提示。如果導(dǎo)航裝置包括指南針25，可以根據(jù)地圖顯示器上的適當(dāng)指示器提供方向，其方向根據(jù)到目標(biāo)裝置10的相對方位以及該時(shí)刻導(dǎo)航裝置顯示器24的方向調(diào)整。
可在適當(dāng)時(shí)間間隔重新計(jì)算接近度量，從而監(jiān)測導(dǎo)航裝置20向目標(biāo)裝置10的前進(jìn)。如果接近度量指示導(dǎo)航裝置和目標(biāo)裝置分離，則指導(dǎo)用戶重新回到預(yù)定路線(或預(yù)定路線的適當(dāng)修改版本)，方法從過濾器觀察步驟重新開始。
如果接近度量繼續(xù)指示目標(biāo)和導(dǎo)航裝置匯聚，則方法繼續(xù)當(dāng)前步驟。因?yàn)閷?dǎo)航裝置20繼續(xù)接近目標(biāo)裝置10，可選擇的提供到目標(biāo)的估計(jì)距離的音頻或視頻指示。隨著該處理繼續(xù)，相對位置測量更加準(zhǔn)確，最終導(dǎo)航裝置20的用戶看見目標(biāo)裝置10，方法完成。
現(xiàn)在更詳細(xì)的考慮上面的計(jì)算的例子。
假定導(dǎo)航裝置20和目標(biāo)10具有一組各自的相關(guān)觀察。假定還存在共享子集。例如，導(dǎo)航裝置20可能具有第一、第二、第三BTS的信號強(qiáng)度和定時(shí)測量，而目標(biāo)10具有第一和第二BTS的信號強(qiáng)度和定時(shí)測量。相應(yīng)的，第一和第二BTS的觀察是輸入-公共。假定有N個(gè)觀察是公共的。將輸入-公共觀察中的目標(biāo)的N個(gè)表示為xiT＝(ξT1，...，ξTN)’，輸入-公共觀察中的導(dǎo)航裝置的表示為xiH＝(ξS1，...，ξSN)’，其中(.)’表示轉(zhuǎn)置。
如果導(dǎo)航裝置和目標(biāo)裝置相互接近，目標(biāo)的觀察等式是ξT＝g(xT)+d+nT(1)，其中xT＝(xT，yT，εT))’是參數(shù)向量，表示(xy)位置和定時(shí)偏移(ε)。向量函數(shù)，g(.)將參數(shù)向量映射到觀察，d是公共模式誤差(對于導(dǎo)航和目標(biāo)都公用)，nT是和目標(biāo)相關(guān)但不和導(dǎo)航裝置輸入共有的噪聲分量。注意到對于某些位置方法，不必包括ε參數(shù)(例如僅依賴于信號強(qiáng)度的系統(tǒng))。
類似的，對于導(dǎo)航裝置，我們能寫出ξH＝g(xH)+d+nH(2)，其中xH是導(dǎo)航裝置參數(shù)向量，nH是和導(dǎo)航裝置相關(guān)但和目標(biāo)輸入不共有的噪聲分量。導(dǎo)航裝置和目標(biāo)之間的偏移用δx表示，即δx＝xT-xH。
估計(jì)偏移的最普遍的方式如下/δx＝g-1(ξT)-g-1(ξH)＝g-1(g(xT)+d+nT)-g-1(g(xH)+d+nH)(3)然而，這沒有消除公共模式誤差，不能提供對目標(biāo)的逐漸匯聚。
因此，替換的，建議如下的計(jì)算偏移δ^x=h(ξT-ξH)=h(g(xT)+nT-g(xH)+nH)···(4)]]>其中h是一些適當(dāng)?shù)哪婧瘮?shù)。使用該方法，消除了公共模式誤差。尋找函數(shù)h沒有通用的解決方案，然而當(dāng)不能識別此種通用的逆函數(shù)時(shí)，以下方法是有效的。
如果δx，δy比較小，我們使用標(biāo)準(zhǔn)的微分幾何能得到δξ≈Jδx(5)，
其中δξ表示觀察中的微小改變，J是由[J]ij=δy·(x1,..xN)δxy(6)]]>給出的Jacobian矩陣。
該等式的通解可被寫為δ^x≈J+((ξT-ξH)···(7),]]>其中(·)+表示Moore-Penrose逆。在等式5超定的情形中，等式7表示最小平方解。
當(dāng)δε不小時(shí)，這些等式保持一樣，因?yàn)橛^察等式在ε中是線性的。
應(yīng)當(dāng)注意到，和等式4相比，解決等式7所需的觀察數(shù)量較少。例如，如果僅有定時(shí)測量可用，BTS不同步，則如在美國專利No.6259165B1中所注意到的，當(dāng)僅有兩個(gè)無線終端時(shí)需要五個(gè)公共基站的觀察。然而，在該例中，僅有三個(gè)未知參數(shù)(δx，δy，δξ)，因此僅需要三個(gè)輸入-公共BTS來解等式5(除了某些地理配置中，例如所有的BTS都是共線的)。
為了評價(jià)等式7，必須具有導(dǎo)航裝置的位置估計(jì)。正如許多特定例子中一樣，這不必特別準(zhǔn)確，對于導(dǎo)航裝置位置估計(jì)中的較小誤差，Jacobian矩陣不敏感。當(dāng)導(dǎo)航裝置越來越接近目標(biāo)時(shí)，等式7中的偏移估計(jì)可以被成功的改進(jìn)。
現(xiàn)在說明目的是尋找目標(biāo)的在特定區(qū)域中開發(fā)搜索路線的算法的例子。該算法目的是產(chǎn)生一條具有找到目標(biāo)最小期望時(shí)間的路線。以下是接近該目標(biāo)的試探算法。
●根據(jù)觀察，產(chǎn)生目標(biāo)位置的概率密度函數(shù)(p.d.f)。這可以有多種方式。
-一種方法是計(jì)算測量[J’V-1J]-1的協(xié)方差矩陣，其中V是觀察的協(xié)方差矩陣。如果誤差是高斯的，則可以使用用于多維高斯p.d.f的標(biāo)準(zhǔn)等式。在該情形中，恒定概率的形狀是橢圓的。
-協(xié)方差矩陣方法假定誤差是高斯分布的。沒有該假定的替換方法是使用自導(dǎo)引重新采樣從而產(chǎn)生p.d.f的估計(jì)。自導(dǎo)引(bootstrapping)是現(xiàn)有技術(shù)中使用的標(biāo)準(zhǔn)方法。
●一旦得到p.d.f，可以將p.d.f覆蓋在感興趣區(qū)域的街道地圖上。將該地圖變換為一組點(diǎn)和邊，街道對應(yīng)邊，交集是點(diǎn)。對于每條邊，將估計(jì)的p.d.f結(jié)合到鄰近區(qū)域上從而分配概率到該點(diǎn)。相鄰區(qū)域可用多種方式定義，但由該區(qū)域的簡單部分組成。例如如果該區(qū)域僅由1000米長的兩條平行的路，之間相隔50米，則各條邊的繼承區(qū)域是50米寬、中心在街道、1000米長的矩形。
●問題現(xiàn)在僅僅是沿著一組點(diǎn)和邊尋找路線，其中給各邊分配了概率。目的是尋找最小化找到目標(biāo)所需期望距離的搜索路線。該問題的公式化適于用圖形理論分析。對于較少數(shù)量的道路，可使用簡單的列舉解決該問題，對于較多數(shù)目的道路，需要更有效的方法。
一種比列舉更有效的方法的例子如下●如果搜索者在搜索區(qū)域之外，移動到搜索區(qū)域中的最近的街道。
●移動到最近的交點(diǎn)。
●在交點(diǎn)，選擇具有最大概率的街道。繼續(xù)沿該街道直到到達(dá)下一焦點(diǎn)。如果沒有定位目標(biāo)，分配零概率給剛搜索過的街道部分，因?yàn)楹芮宄繕?biāo)不在該街道。這樣繼續(xù)直到找到這個(gè)人。
●在某些街道網(wǎng)絡(luò)中，可能搜索者到達(dá)全零概率的交點(diǎn)(因?yàn)閺脑摻稽c(diǎn)發(fā)出的所有街道都被搜索了)。在此情形中，移動到非零概率的最近的街道，如前繼續(xù)。
●當(dāng)然，只要搜索者找到了目標(biāo)該算法就結(jié)束。
該算法具有相對較短的搜索時(shí)間，因?yàn)榭偸沁x擇最可能的街道。它還是徹底的，因?yàn)槊總€(gè)非零概率街道都被搜索。
在導(dǎo)航裝置處于跟蹤模式的情形種可以簡單的修改該算法。一旦處于跟蹤模式，重新計(jì)算概率分布，考慮添加的信息。然后進(jìn)行跟蹤的人考慮到附加信息，會簡單的選擇最可能的街道。
該方法的一個(gè)例子顯示在圖8中，其中同心橢圓(401-404)表示等概率輪廓。最內(nèi)部的橢圓401表示最高概率輪廓，次大的橢圓402表示較低概率，一直這樣到最外側(cè)的橢圓404。直線表示道路。假定導(dǎo)航裝置20在點(diǎn)A開始搜索。可以看出目標(biāo)10最可能在連接點(diǎn)(A，C)的臂上。下一個(gè)最可能的臂是(A，B，C)，最不可能的臂是(A，D，C)。在該例中，通過簡單的列舉，可以看出存在六條可能的搜索路線(A，B，C，A，D，C)，(A，B，C，D，A，C)，(A，C，B，A，D，C)，(A，C，B，D，A，C)，(A，D，C，A，B，C)，(A，D，C，B，A，C)?？梢钥闯鼍哂凶疃唐谕阉鲿r(shí)間的路線是(A，C，B，A，D，C)，因?yàn)樗钕却┻^最可能的臂，然后是次最可能，最后是最不可能。
應(yīng)用搜索算法到該例中，假定搜索在點(diǎn)A開始。據(jù)歐最大概率的臂(或街道)是一個(gè)連接(A，C)。相應(yīng)的，會命令搜索者沿著條街移動，直到到達(dá)交點(diǎn)C。在該點(diǎn)，更可能的替換方案是臂(C，B，A)，因此會命令搜索者沿該臂移動，直到到達(dá)交點(diǎn)A。此時(shí)最可能的街道是(A，D，C)，穿過從而完成整個(gè)區(qū)域的搜索。該搜索軌跡是(A，C，B，A，D，C)，通過簡單列舉，它是最小化期望搜索時(shí)間的路線。
該例子還可被用于證明怎樣將算法應(yīng)用于跟蹤。再次假定搜索在點(diǎn)A開始，但不是在跟蹤模式中。相應(yīng)的，搜索會沿(A，C)移動?，F(xiàn)在假定搜索者接近C，系統(tǒng)改變到跟蹤模式，并計(jì)算用于目標(biāo)的新的p.d.f。假定該信息得到比(C，B，A)臂更高概率的(C，D，A)臂。相應(yīng)的，搜索者會沿(C，D，A)臂移動。在該臂的末端，搜索者將選擇(A，B，C)臂，從而完成列舉搜索。
顯示攔截路線通常，為了公共安全原因，最好不要攔截快速移動的目標(biāo)。在此情形中，最好以一定距離跟蹤目標(biāo)裝置10，并等待直到目標(biāo)裝置停止移動。一旦出現(xiàn)這種情況，本方法會繼續(xù)計(jì)算p.d.f。
如果目標(biāo)裝置和導(dǎo)航裝置都在移動，則能夠使用解釋該裝置運(yùn)動的方法過濾觀察以減少空間上不相關(guān)的誤差，例如那些由于快速衰落引起的。這樣的濾波器對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。一個(gè)例子是Kalman過濾器。如果網(wǎng)絡(luò)同步或不同BTS之間的偏移是已知的，則過濾的定時(shí)觀察可被用于計(jì)算目標(biāo)裝置和導(dǎo)航裝置的位置。否則，使用信號強(qiáng)度觀察計(jì)算來獲得目標(biāo)裝置和導(dǎo)航裝置較低準(zhǔn)確度的位置估計(jì)。
可以計(jì)算到目標(biāo)的適當(dāng)路線，如在顯示路線步驟中所述的。然后在地圖顯示器24上顯示路線。隨著導(dǎo)航裝置20和目標(biāo)裝置10的位置的變化，可對建議路線的顯示應(yīng)用適當(dāng)?shù)母隆Ｔ谀承┉h(huán)境中，該步驟會導(dǎo)致導(dǎo)航裝置20在目標(biāo)10靜止之前就找到它。
改進(jìn)了本發(fā)明第二方面的第三方面利用導(dǎo)航裝置用戶在導(dǎo)航目標(biāo)裝置時(shí)大部分時(shí)間都在移動的事實(shí)。當(dāng)用戶移動時(shí)，導(dǎo)航裝置因此能夠收集因?yàn)橹T如快速衰落的過程而隨機(jī)變化的信號屬性的獨(dú)立測量。通過以標(biāo)準(zhǔn)方式組合它們，例如Kalman過濾器，導(dǎo)航裝置能減少信號觀察中的空間不相關(guān)誤差，并得到更準(zhǔn)確的相關(guān)位置測量。如果導(dǎo)航裝置具有獨(dú)立定位功能，還能在導(dǎo)航裝置移動時(shí)平均這些估計(jì)。如果導(dǎo)航裝置在廣泛區(qū)域內(nèi)移動，廣泛區(qū)域的慢速衰落條件會改進(jìn)該平均估計(jì)的準(zhǔn)確度。
該環(huán)境是導(dǎo)航裝置20和目標(biāo)裝置10都能進(jìn)行信號觀察。由于導(dǎo)航裝置20為了匯聚于目標(biāo)的位置上而移動，它有機(jī)會過濾或平均它所進(jìn)行的觀察從而減少在移動無線環(huán)境中出現(xiàn)的觀察中的隨機(jī)變化對匯聚的影響。
下面的段落給出一些該想法應(yīng)用的具體例子，但不應(yīng)當(dāng)被解釋為可能實(shí)施方式的綜合列表。
在某些情形中進(jìn)行區(qū)分是十分有用的(1)觀察是信號強(qiáng)度還是定時(shí)(2)導(dǎo)航裝置20是否具有測量其位置的獨(dú)立裝置首先假定導(dǎo)航裝置20和目標(biāo)都僅測量信號強(qiáng)度，以及導(dǎo)航裝置20沒有任何獨(dú)立的定位裝置。用于將導(dǎo)航裝置20指向目標(biāo)的算法運(yùn)行在接收信號電平上，并使用某些用于從BTS天線發(fā)射出來的信號經(jīng)歷的衰落的模式。這些模式包括若干參數(shù)，包括所謂的路徑損失指數(shù)，它根據(jù)環(huán)境特性而變化。在缺少某些其它信息時(shí)，將這些參數(shù)的初始值設(shè)定為某些標(biāo)準(zhǔn)值，代表例如最強(qiáng)小區(qū)附近。隨后，進(jìn)行觀察，可能由于陰影(大距離)和快速衰落(小距離)而引起信號電平的隨機(jī)變化。使用導(dǎo)航算法在傳播模型中模擬這些兩個(gè)變化源的統(tǒng)計(jì)。隨著導(dǎo)航裝置20的移動，由于這兩個(gè)影響，以及更確定的由于BTS和導(dǎo)航裝置20之間距離的變化，導(dǎo)航裝置20所進(jìn)行的信號電平觀察會隨機(jī)變化。通過觀察變化程度，導(dǎo)航裝置20能在其模式中調(diào)整隨機(jī)變化的對應(yīng)參數(shù)的值。此外，當(dāng)其距離目標(biāo)更近時(shí)(例如通過公共偵聽的小區(qū)數(shù)目的增加而得知)，導(dǎo)航裝置20估計(jì)的模擬參數(shù)也可被應(yīng)用于目標(biāo)裝置所接收的模擬，因?yàn)槎咴浇?，傳播條件的相似度越高。例如如果導(dǎo)航和目標(biāo)裝置都在鄉(xiāng)村區(qū)域，搜索處理將導(dǎo)航裝置帶到了和目標(biāo)相同的街道上，則該相似性會增加。在這樣的環(huán)境中，特別是對于從微小區(qū)BTS天線發(fā)射的信號，顯示出其傳播特性主要受附近街道方向的控制。類似的，顯示出例如由于大的建筑群引起的大距離衰落在某些情形中在大于100米的距離仍相關(guān)。除了估計(jì)隨機(jī)參數(shù)的特性之外，該算法目的在于檢測反映位置信息的潛在的“平均”信號電平。通過在大區(qū)域移動的同時(shí)過濾觀察，能降低出現(xiàn)在小和大距離上的隨機(jī)變化。
現(xiàn)在假定導(dǎo)航裝置20配備有獨(dú)立定位設(shè)備?，F(xiàn)在能更加聰明的完成模擬參數(shù)的匹配，因?yàn)槟軈^(qū)分小距離(快速衰落)和大距離上的隨機(jī)變化。實(shí)際上通過分析當(dāng)導(dǎo)航裝置20接近特定小區(qū)的觀察，導(dǎo)航裝置20能計(jì)算出信號電平比小區(qū)距離中的變化的更貼切的模型。如果目標(biāo)也報(bào)告該小區(qū)的電平，則可能它具有更加適應(yīng)本地的傳播模型，從而將其作為基礎(chǔ)用于預(yù)測目標(biāo)和該公共小區(qū)之間的距離。使用獨(dú)立位置信息能夠獲得的進(jìn)一步的改進(jìn)在于，能更有效的進(jìn)行觀察過濾。例如，使用Kalman過濾器，能將導(dǎo)航裝置20的實(shí)際動作提供給過濾器，從而使過濾器更有效的分離與位置無關(guān)的隨機(jī)變化。
現(xiàn)在假定導(dǎo)航裝置20正測量信號定時(shí)而不是(或者除外)信號電平。在該例中，多徑以及非視距也會隨機(jī)干擾定時(shí)。假定較簡單的導(dǎo)航裝置20結(jié)構(gòu)，沒有獨(dú)立定位裝置，導(dǎo)航裝置20當(dāng)其移動時(shí)能觀察定時(shí)中的變化程度(例如在小區(qū)之間比較)。這能指示附近的多徑程度，因此適當(dāng)調(diào)整算法等式中的對應(yīng)項(xiàng)。對于信號強(qiáng)度測量，導(dǎo)航裝置20更可能在較大區(qū)域內(nèi)移動的事實(shí)使得在較大距離上平均定時(shí)觀察，增加了減低小距離多徑和大距離NLOS誤差的可能性。
現(xiàn)在回到導(dǎo)航裝置20具有獨(dú)立定位裝置的例子中，導(dǎo)航裝置20現(xiàn)在可以區(qū)分小距離上出現(xiàn)(由于多徑)的定時(shí)變化和大距離上出現(xiàn)(由于NLOS更易出現(xiàn))的定時(shí)變化。正如信號強(qiáng)度模型匹配一樣，導(dǎo)航裝置20距離目標(biāo)越近(從公共觀察中確定出來)，也能使用導(dǎo)航裝置20收集的知識調(diào)整用于目標(biāo)的模型中的更多參數(shù)。對于信號強(qiáng)度例子，獨(dú)立位置信息的可用性，使得過濾器更有效的分離由于導(dǎo)航裝置20移動引起的定時(shí)變化和那些由于多徑和NLOS隨機(jī)出現(xiàn)的定時(shí)變化，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)際定時(shí)的更準(zhǔn)確的估計(jì)。
現(xiàn)在說明替換實(shí)施例，其中修改導(dǎo)航裝置20以提供對目標(biāo)裝置10內(nèi)的發(fā)射機(jī)11發(fā)射的信號的方向接收的能力。修改的導(dǎo)航裝置的主要元件顯示在圖9中。這些包括發(fā)射機(jī)21，接收機(jī)22，處理器23，地圖顯示器24，指南針25，以及MMI26，標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航裝置(圖5)的所有元件。此外還提供上行鏈路接收機(jī)27，具有接收從目標(biāo)裝置發(fā)射機(jī)11發(fā)射的信號的能力。修改的導(dǎo)航裝置20還包括方向性天線28。在該替換實(shí)施例中，目標(biāo)裝置10能通過移動網(wǎng)絡(luò)1發(fā)送關(guān)于其自身傳輸?shù)男畔⒔o導(dǎo)航裝置20，該傳輸信息包括無線信道參數(shù)。這樣，上行鏈路接收機(jī)27能直接獲得目標(biāo)裝置10發(fā)射的觀察信號。應(yīng)當(dāng)注意到，為了說明本替換實(shí)施例的目的，假定在該無線網(wǎng)絡(luò)中，上行鏈路和下行鏈路頻率是不同的，需要分離的上行鏈路頻帶接收機(jī)。對于無此種情形的網(wǎng)絡(luò)，很清楚上行鏈路接收性能可由現(xiàn)有接收機(jī)22提供。
該替換實(shí)施例的方法顯示在圖10中。它包括前一實(shí)施例的前四個(gè)步驟以及最后一個(gè)步驟(圖7顯示)，然而它用新的步驟即計(jì)算信號強(qiáng)度度量和方向?qū)ふ襾硖鎿Q了計(jì)算接近度量以及公共模式求差步驟。在通常意義上，給方法遵循和圖7所述的相同的處理過程，不同僅在于執(zhí)行跟蹤階段的方式。更具體的，不是使用先前說明的接近度量，而是除了其他輸入-公共觀察之外，使用目標(biāo)裝置傳輸?shù)念~外的方向測量計(jì)算來計(jì)算不同的接近度量。當(dāng)導(dǎo)航裝置20內(nèi)的處理器23確定到目標(biāo)裝置10的距離足夠小從而極有可能直接看見目標(biāo)裝置10時(shí)，導(dǎo)航裝置20然后采用方向性天線28獲得到目標(biāo)10的方向的方向測量。導(dǎo)航裝置處理器23不使用方向性天線，直到它具有強(qiáng)的視距指示，否則可能給用戶不正確的指示。
更具體的，考慮到方向性天線，特別是來自它的方位線測量(LOB)，通常并不有用，除非在導(dǎo)航裝置20和目標(biāo)之間存在視距路徑(LOS)。這是以為在導(dǎo)航裝置20接收到的信號可能通過某些非直接路徑傳播，因此到達(dá)角度的測量會指示到目標(biāo)的錯誤方向。然而，當(dāng)伴隨有確定LOB何時(shí)可靠的選擇裝置并將其結(jié)合到導(dǎo)航處理中時(shí)，該設(shè)備能更快速的匯聚到目標(biāo)上。下面的段落說明了做出該確定的一些方式。
已知多徑傳播會導(dǎo)致接收信號包絡(luò)的隨機(jī)變化。然后該變化的統(tǒng)計(jì)是依賴于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間是否存在視距。如果存在，包絡(luò)變化趨向于Rician分布，而當(dāng)缺乏該視距時(shí)，多徑會增加Rayleigh包絡(luò)分布。因此導(dǎo)航裝置20能觀察到衰落模式并當(dāng)有來自視距路徑包絡(luò)衰落的足夠證據(jù)時(shí)，導(dǎo)航處理中僅使用LOB。對于寬帶系統(tǒng)，例如UMTSTDD無線接入網(wǎng)絡(luò)，視距路徑可用性的進(jìn)一步證據(jù)能從顯示信道延遲輪廓的相關(guān)器輸出獲得。如果在導(dǎo)航裝置20具有可能由目標(biāo)發(fā)射的功率電平的某些知識，額外的信息也可用。測量導(dǎo)航裝置20的平均接收信號強(qiáng)度，并計(jì)算路徑損耗預(yù)測能提供LOS路徑概率的進(jìn)一步指示。
在導(dǎo)航裝置能測量來自目標(biāo)的直接信號到達(dá)時(shí)間的例子中，進(jìn)一步的對本發(fā)明這一方面的改進(jìn)是可能的。該改進(jìn)假定導(dǎo)航裝置和目標(biāo)裝置能測量到相同BTS的往返時(shí)間。如果目標(biāo)的定時(shí)提前通過標(biāo)準(zhǔn)通信裝置(例如SMS)被傳送到導(dǎo)航裝置，則能計(jì)算出道導(dǎo)航裝置到目標(biāo)、導(dǎo)航裝置到公共BTS的距離，以及目標(biāo)裝置到公共BTS的距離。這提供了三角形的三個(gè)頂點(diǎn)， 或?qū)嵤┌霃?半徑位置測量(radial-radiallocation measurement)的足夠信息。該測量沒有提供絕對位置點(diǎn)，但提供了移動站的相對位置。當(dāng)導(dǎo)航裝置離目標(biāo)越來越近時(shí)，該相對位置測量準(zhǔn)確度增加?？梢院头较?qū)ふ姨炀€類似的方式使用相對位置，從而指示到目標(biāo)的相對角度(以及距離)。為了使用該相對角度信息，需要給用戶提供方向，例如通過指南針或讓用戶將導(dǎo)航裝置對準(zhǔn)特定街道。
通過進(jìn)一步說明兩個(gè)新的步驟現(xiàn)在來詳細(xì)說明該替換實(shí)施例。
信號強(qiáng)度度量導(dǎo)航裝置的上行鏈路接收機(jī)27能調(diào)諧到目標(biāo)裝置發(fā)射機(jī)11所用的無線信道。導(dǎo)航裝置上行鏈路接收機(jī)27能使用本領(lǐng)域已知的裝置來測量接收信號強(qiáng)度以及到達(dá)時(shí)間。如果導(dǎo)航裝置20具有關(guān)于目標(biāo)裝置發(fā)射機(jī)11當(dāng)前傳輸功率電平的當(dāng)前信息，導(dǎo)航裝置20能確定從目標(biāo)裝置10到發(fā)射機(jī)的路徑中的衰落程度。然而，使用適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停芄烙?jì)出到目標(biāo)10的距離。如果導(dǎo)航裝置20具有通過使用定時(shí)測量測量到目標(biāo)10的距離的裝置，則能計(jì)算出導(dǎo)航裝置和目標(biāo)之間的距離。如果能使用定時(shí)測量估計(jì)出距離，則此種距離測量優(yōu)于從信號強(qiáng)度推斷出的距離。然而，使用本技術(shù)領(lǐng)域中已知的方法，能將兩個(gè)估計(jì)組合到一個(gè)信號估計(jì)距離中。
在任何一種情況中(信號強(qiáng)度或到達(dá)時(shí)間)，導(dǎo)航裝置20然后使用計(jì)算的距離作為確定目標(biāo)裝置10是否在附近的尺度。有多種完成上述確定的方式。一種簡單的方式是確定該距離是否低于某些開始閾值。如果是，認(rèn)為導(dǎo)航裝置20接近目標(biāo)裝置10。如果所用測量指示導(dǎo)航裝置在目標(biāo)裝置附近，圖9的替換方法進(jìn)行到方向?qū)ふ也襟E。另一方面，如果該度量指示導(dǎo)航裝置還沒有接近目標(biāo)裝置，則方法前進(jìn)到過濾觀察步驟。
方向?qū)ふ以诖擞袃煞N可能，第一是僅有信號強(qiáng)度估計(jì)可用，第二是能否從到達(dá)時(shí)間計(jì)算出距離僅有信號強(qiáng)度導(dǎo)航裝置20能通過音頻、文本或圖形提示指示用戶該裝置進(jìn)入方向?qū)ふ夷Ｊ?即跟蹤模式)。在該模式中，方向性天線28被切換到導(dǎo)航裝置接收機(jī)22的信號路徑。同時(shí)給用戶提供距離(從信號強(qiáng)度中導(dǎo)出)的音頻或圖形指示。以現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)說明的方式，用戶旋轉(zhuǎn)具有固定附裝方向性天線的導(dǎo)航裝置，并注意距離指示，向最小距離的方向移動。該方法在該模式中繼續(xù)，直到發(fā)現(xiàn)目標(biāo)10，或距離大于停止閾值(可能不同于開始閾值)。大于停止閾值可能是導(dǎo)航裝置20不再接近目標(biāo)裝置10的指示，此時(shí)替換實(shí)施例的方法會返回到過濾觀察步驟。
來自時(shí)間到達(dá)的距離可用在該例中，和所述距離一樣，導(dǎo)航裝置20能計(jì)算目標(biāo)10的相對位置。然后以和在公共模式求差步驟中所述的類似的方式使用該信息，而將距離度量用作接近度量。
本發(fā)明的進(jìn)一步方面是規(guī)定導(dǎo)航裝置20的用戶向系統(tǒng)30建議目標(biāo)裝置10的可能移動性。該額外信息能使相對位置解決方案計(jì)算中的特定約束條件更緊，從而增加計(jì)算的準(zhǔn)確度。本發(fā)明的應(yīng)用可以從下面的例子理解，法律執(zhí)行官員使用本系統(tǒng)對移動用戶進(jìn)行定位。在一個(gè)例子中，該官員可能通過定位偷偷安裝在該車輛內(nèi)的移動設(shè)備尋找并緝拿被盜車輛。在該情形中，目標(biāo)很可能移動，官員不會強(qiáng)制導(dǎo)航系統(tǒng)做出關(guān)于用戶移動性的任何假定，允許導(dǎo)航系統(tǒng)在觀察的基礎(chǔ)上確定。相反，如果響應(yīng)來自車禍?zhǔn)芎φ叩木o急呼叫的官員強(qiáng)迫該系統(tǒng)將目標(biāo)當(dāng)作靜止的，這樣能更準(zhǔn)確的估計(jì)絕對或相對位置，因此能及時(shí)趕到事故現(xiàn)場。
在此說明的本發(fā)明提供了一種比現(xiàn)有技術(shù)更有效的尋找移動無線終端(定位)的能力。它能這樣做是因?yàn)樗匀荒茉诙鄰酱嬖诘那闆r下尋找目標(biāo)。此外，還能在遠(yuǎn)近干擾和/或信號遮蔽降低能檢測的信號數(shù)目到通常的位置系統(tǒng)不再能運(yùn)行的點(diǎn)的情況下找到目標(biāo)。
和諸如[Dop]的現(xiàn)有無線導(dǎo)航系統(tǒng)相比，本發(fā)明以其最簡單的形式能和移動蜂窩電話一起運(yùn)行，而無需任何硬件上的修改，并且甚至在復(fù)雜的城市和鄉(xiāng)村地區(qū)都能找到終端。
雖然上述說明包含特定例子，但不應(yīng)當(dāng)將其認(rèn)為是對本發(fā)明距離的限制，而是作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示范?？稍跈?quán)利要求范圍內(nèi)作出多種變化。例如雖然概率密度函數(shù)(p.d.f)是表現(xiàn)誤差分布的最常用的形式，可以理解還能采用其他表示誤差分布的適當(dāng)表達(dá)。例如，可以使用累積分布函數(shù)(CDF)或簡單的是分布的選擇性參數(shù)或時(shí)刻。
本發(fā)明可在諸如Trueposition的遠(yuǎn)程系統(tǒng)中實(shí)施，用作附加的應(yīng)用。在此情形中，能命令遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)測量目標(biāo)移動終端和導(dǎo)航裝置的定時(shí)。這些測量然后由遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的中心站以和優(yōu)選實(shí)施例中類似的方式使用，從而允許導(dǎo)航裝置的用戶移動到終端。
本發(fā)明還可用在諸如E-OTD的自定位系統(tǒng)中，作為附加的應(yīng)用。在此情形中，命令導(dǎo)航裝置內(nèi)的移動終端和目標(biāo)內(nèi)的移動終端報(bào)告它們的定時(shí)測量給中心站。這些測量然后在中心站以和優(yōu)選實(shí)施例類似的方式處理，允許導(dǎo)航裝置的用戶移動到終端。
優(yōu)選和替換實(shí)施例的步驟的確切順序可以變化，當(dāng)仍帶來相同效果。例如具有多任務(wù)的系統(tǒng)，可以并行執(zhí)行某些步驟。
該系統(tǒng)還改進(jìn)了輔助GPS系統(tǒng)的性能。例如，如果目標(biāo)和導(dǎo)航裝置都包含AGPS(輔助GPS)接收機(jī)，則可以和優(yōu)選實(shí)施例所述的觀察類似方式使用AGPS的定時(shí)。
本發(fā)明相比現(xiàn)有定位移動終端具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方法，該方法包括步驟(a)進(jìn)行和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(目標(biāo)觀察)；以及(b)根據(jù)該一個(gè)或多個(gè)觀察以及該一個(gè)或多個(gè)觀察的估計(jì)誤差分布產(chǎn)生路線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該目標(biāo)是無線終端，所述目標(biāo)觀察是無線信號參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中由該無線終端進(jìn)行該一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)觀察。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中由在該無線終端外部的裝置進(jìn)行該一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)觀察。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中由該無線終端以及該無線終端外部的裝置進(jìn)行該一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)觀察。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中在該無線裝置外部的裝置是基本收發(fā)機(jī)站。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行該一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)觀察。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用依賴于目標(biāo)觀察特性的方法來計(jì)算所述估計(jì)誤差分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中使用依賴于該無線終端的環(huán)境特性的方法來計(jì)算所述估計(jì)誤差分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括步驟(c)確定該目標(biāo)是否是靜止的，并相應(yīng)修改路線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中探測器的位置是已知的，并且是對到目標(biāo)的路線設(shè)定的約束。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該至少一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)觀察是在蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括步驟(c)進(jìn)行和所述探測器相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(探測器觀察)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該探測器進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)探測器觀察。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述目標(biāo)觀察以及探測器觀察中的誤差是相關(guān)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該目標(biāo)觀察被傳送給探測器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中目標(biāo)觀察由該無線終端傳送給所述探測器。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述探測器至少進(jìn)行一個(gè)和目標(biāo)的共有觀察。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述探測器控制該無線終端進(jìn)行的觀察，從而最大化目標(biāo)觀察和探測器觀察之間的公共性。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述產(chǎn)生的路線導(dǎo)致減少所述探測器和目標(biāo)之間的距離，因此增加了所述探測器觀察和目標(biāo)觀察之間的公共性。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中一旦在探測器觀察和目標(biāo)觀察之間存在足夠的共有觀察，該方法包括使用共有目標(biāo)觀察和探測器觀察之間的差值以產(chǎn)生將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的路線。
22.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)觀察包括網(wǎng)絡(luò)終端ID，信號強(qiáng)度和/或定時(shí)測量。
23.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述產(chǎn)生的路線被覆蓋到包含至少所述目標(biāo)和探測器之一的區(qū)域的地形地圖上。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述地形地圖包括街道。
25.一種實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1到24任意之一的方法的系統(tǒng)。
26.一種實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1到24任意之一的方法的設(shè)備。
27.一種用在權(quán)利要求24的系統(tǒng)中的導(dǎo)航裝置。
28.一種將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方法，該方法包括步驟(a)進(jìn)行和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(目標(biāo)觀察)；以及(b)根據(jù)該一個(gè)或多個(gè)觀察以及該一個(gè)或多個(gè)觀察的估計(jì)誤差分布來產(chǎn)生路線，從而提供目標(biāo)的可能位置。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中首先將所述探測器指向所述可能位置的最可能位置，然后是可能位置的次可能位置。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中使用概率密度函數(shù)計(jì)算所述估計(jì)誤差分布。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述探測器具有位置性能，并為其提供遵循路線的方向性信息。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中一旦所述探測器到達(dá)給定陸標(biāo)，給所述探測器提供將探測器導(dǎo)向在產(chǎn)生的路線上的第一陸標(biāo)的信息，其后是沿著路線的一系列陸標(biāo)。
33.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的方法，其中該路線包括街道。
34.一種將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方法，該方法包括步驟(a)進(jìn)行和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(目標(biāo)觀察)；(b)進(jìn)行和探測器相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(探測器觀察)；以及(c)根據(jù)一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)觀察以及探測器觀察的比較以及該一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)和探測器觀察的估計(jì)誤差分布來產(chǎn)生路線。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述觀察包括分別圍繞所述探測器和目標(biāo)的無線頻率信號的屬性。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述比較提供了將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方向性信息。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中該方向性信息包括探測器和目標(biāo)之間向量的方向余弦。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述探測器觀察和目標(biāo)觀察分別由探測器以及目標(biāo)進(jìn)行。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中指導(dǎo)所述探測器從而增加探測器和目標(biāo)觀察的公共性。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述探測器對和目標(biāo)相同的信號進(jìn)行觀察。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中所述探測器命令目標(biāo)進(jìn)行特定觀察。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中命令所述探測器觀察和目標(biāo)相同的信號。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中當(dāng)所述探測器觀察和目標(biāo)觀察之間有足夠公共性時(shí)，將所述探測器指向?qū)?yīng)使用公共目標(biāo)觀察和探測器觀察之間的差值確定的路線。
44.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中該目標(biāo)是在無線通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的無線終端。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中該無線通信網(wǎng)絡(luò)是蜂窩無線通信網(wǎng)絡(luò)。
46.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述探測器是移動的，在時(shí)間上過濾所述探測器觀察以降低探測器觀察中空間不相關(guān)的誤差。
47.一種將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方法，該探測器能直接從目標(biāo)接收信號以提供直接目標(biāo)觀察，該方法包括步驟(a)進(jìn)行和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(目標(biāo)觀察)；(b)進(jìn)行和探測器相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)觀察(探測器觀察)；以及(c)根據(jù)一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)觀察、探測器觀察、直接目標(biāo)觀察的比較以及該一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)和探測器觀察的估計(jì)誤差分布來產(chǎn)生路線。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，包括當(dāng)確定在探測器和目標(biāo)之間存在足夠的視距時(shí)，確定改進(jìn)該路線的方位線。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中直接目標(biāo)觀察包括場強(qiáng)度測量。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中直接目標(biāo)觀察包括到達(dá)時(shí)間測量。
51.一種尋找目標(biāo)的導(dǎo)航裝置，該導(dǎo)航裝置包括；接收機(jī)，用于接收環(huán)繞導(dǎo)航裝置的信號，并測量這些信號的至少一個(gè)選定屬性，以產(chǎn)生導(dǎo)航裝置觀察；以及輸出端，用于給用戶提供尋找目標(biāo)的路線信息；其中，該路線信息是通過比較導(dǎo)航裝置觀察和目標(biāo)觀察確定的，所述目標(biāo)觀察是從對和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的信號的至少一個(gè)選定屬性以及和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的信號的至少一個(gè)選定測量屬性的估計(jì)誤差分布進(jìn)行測量導(dǎo)出的。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的導(dǎo)航裝置，其中該接收機(jī)還從導(dǎo)航系統(tǒng)接收信息。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的導(dǎo)航裝置，其中該路線信息是從導(dǎo)航系統(tǒng)接收的。
54.根據(jù)權(quán)利要求51所述的導(dǎo)航裝置，進(jìn)一步包括用于計(jì)算路線信息的處理器。
55.根據(jù)權(quán)利要求51所述的導(dǎo)航裝置，其中所述輸出端以音頻信息的形式提供路線信息。
56.根據(jù)權(quán)利要求51所述的導(dǎo)航裝置，其中所述輸出端將路線信息作為視頻信息提供。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的導(dǎo)航裝置，其中所述視頻信息是顯示覆蓋在地圖上的路線的地圖。
58.根據(jù)權(quán)利要求51所述的導(dǎo)航裝置，進(jìn)一步包括指南針，將方向信息和路線信息一起提供給所述裝置。
59.根據(jù)權(quán)利要求51所述的導(dǎo)航裝置，其中該接收機(jī)還從目標(biāo)直接接收信號，以提供直接目標(biāo)觀察，并且其中所述路線信息的確定包括直接目標(biāo)觀察。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的導(dǎo)航裝置，進(jìn)一步包括用于獲得到目標(biāo)的方位測量的方向性天線。
61.根據(jù)權(quán)利要求51所述的導(dǎo)航裝置，進(jìn)一步包括發(fā)送信息到導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)。
62.根據(jù)權(quán)利要求51所述的導(dǎo)航裝置，進(jìn)一步包括發(fā)送控制信息到目標(biāo)的發(fā)射機(jī)。
63.根據(jù)權(quán)利要求51所述的導(dǎo)航裝置，其中該接收機(jī)還從導(dǎo)航系統(tǒng)接收控制信息。
64.一種將探測器導(dǎo)向目標(biāo)的方法，該方法包括步驟(a)計(jì)算目標(biāo)的至少一個(gè)可能位置；以及(b)產(chǎn)生將探測器導(dǎo)向該至少一個(gè)可能位置的最可能位置的路線。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其中計(jì)算所述多個(gè)可能位置，并且其中探測器被首先導(dǎo)向最可能的位置，隨后是導(dǎo)向次最可能的位置，直到定位目標(biāo)。
66.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其中產(chǎn)生沿最小距離將探測器導(dǎo)向到至少一個(gè)可能位置的路線。
67.根據(jù)權(quán)利要求28，34或47之一所述的方法，其中將產(chǎn)生的路線考慮到行進(jìn)距離中，以提供探測器行進(jìn)用于找到目標(biāo)的最小距離。
全文摘要
一種在無線通信網(wǎng)絡(luò)中尋找無線終端(10)的方法和設(shè)備。該方法包括觀察與該無線終端(10)相關(guān)聯(lián)的無線信號的屬性，基于該觀察和估計(jì)這些觀察的誤差分布產(chǎn)生探測器(20)用于尋找該無線終端(10)的路線。該路線可以在地形地圖上顯示從而指引探測器到目標(biāo)。
文檔編號G01C21/34GK1839615SQ200480021228
公開日2006年9月27日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
發(fā)明者克里斯多佛·里奇韋·德雷恩, 莫爾科爾姆·大衛(wèi)·馬克諾坦 申請人:探索無線公司