專利名稱：根據(jù)初始粗位置估計(jì)提供經(jīng)改善的位置估計(jì)的方法和裝置的制作方法
根據(jù)初始粗位置估計(jì)提供經(jīng)改善 的位置估計(jì)的方法和裝置
本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2002年3月1日申請(qǐng)?zhí)枮榈?2805981. 6號(hào)發(fā)明名稱為"根 據(jù)初始粗位置估計(jì)提供經(jīng)改善的位置估計(jì)的方法和裝置"的中國(guó)專利申請(qǐng)的分 案申請(qǐng)。
背景
領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及設(shè)備位置，更特定地涉及根據(jù)初始粗位置估計(jì)提供經(jīng)改善 的(即更準(zhǔn)確的)位置估計(jì)的方法和裝置。
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)對(duì)美國(guó)臨時(shí)專利號(hào)60/273570，提交于2001年3月5日有優(yōu)先權(quán)， 并被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
背景
一般定位某設(shè)備的方法是確定在已知位置的多個(gè)源發(fā)送來(lái)的信號(hào)到達(dá)要 定位的設(shè)備內(nèi)的接收機(jī)所需要的時(shí)間量。 一種提供從多個(gè)已知位置的發(fā)射機(jī)來(lái) 的信號(hào)的系統(tǒng)是著名的全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)內(nèi)的衛(wèi)星位于根據(jù) GPS主設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確軌道上。GPS衛(wèi)星的位置可由多個(gè)不同信息組識(shí)別， 一些要 比其它更準(zhǔn)確些。
GPS發(fā)射一組信息，稱為"日歷"，它包括關(guān)于在"星座圖"內(nèi)的衛(wèi)星的 定位較不準(zhǔn)確的信息。地面站連續(xù)監(jiān)控GPS衛(wèi)星以觀察它們?cè)谲壍纼?nèi)的變化。 一旦衛(wèi)星位置被測(cè)量，信息被中轉(zhuǎn)回衛(wèi)星。然后衛(wèi)星發(fā)射另一組信息，稱為"天 文歷"，它包括衛(wèi)星軌道更準(zhǔn)確的版本。每個(gè)衛(wèi)星為所有衛(wèi)星發(fā)射日歷信息， 但只為自己發(fā)送天文歷。
GPS接收機(jī)可以接收和/或存儲(chǔ)日歷，它指明在給定時(shí)間許多衛(wèi)星的每個(gè)位 于天空的位置。根據(jù)天文歷以及該信息可用的時(shí)間可以確定GPS衛(wèi)星更準(zhǔn)確的位置。
曰歷和天文歷都在有限時(shí)間內(nèi)有效。日歷信息被認(rèn)為是對(duì)于發(fā)射日歷后一 個(gè)星期內(nèi)大約3千米精度內(nèi)是準(zhǔn)確的。天文歷提供關(guān)于衛(wèi)星軌道信息大約2小 時(shí)大約1米的精度。在日歷和天文歷內(nèi)的誤差隨著信息變陳舊而增大。相應(yīng)地， 根據(jù)該信息的衛(wèi)星的位置當(dāng)日歷和天文歷變得陳舊時(shí)變得越來(lái)越不準(zhǔn)確，除非 以合適的時(shí)間間隔接收到更新消息。
在沒(méi)有關(guān)于衛(wèi)星位置的準(zhǔn)確信息時(shí)，設(shè)備的估計(jì)位置可能是不精確的，它 可能根據(jù)從衛(wèi)星發(fā)射來(lái)的信號(hào)接收基礎(chǔ)上而確定的。準(zhǔn)確信息可能通過(guò)接收從 衛(wèi)星來(lái)的(連續(xù)地或需要時(shí))或從另外源來(lái)的更新而獲得。另外的源可能是基站
或無(wú)線通信系統(tǒng)的位置確定設(shè)備，其中任何一個(gè)可能有能從GPS衛(wèi)星接收需要 信息的GPS接收機(jī)。然而寶貴的資源將消耗于使要被定位的設(shè)備在有規(guī)律的間 隔內(nèi)獲得信息。特別是，需要消耗功率以發(fā)射和接收信息，且需要帶寬以將信 息從一個(gè)遠(yuǎn)程源發(fā)到設(shè)備。
因此在領(lǐng)域內(nèi)需要一種技術(shù)以準(zhǔn)確地確定設(shè)備的位置而消耗最少的資源。 當(dāng)位置確定是基于隨時(shí)間而移動(dòng)的發(fā)射機(jī)(如GPS衛(wèi)星)時(shí)且當(dāng)該種發(fā)射機(jī)的準(zhǔn) 確位置只在從發(fā)射機(jī)或遠(yuǎn)離衛(wèi)星的源以及要確定位置的設(shè)備接收了更新才知 道時(shí)，該這種需要顯得特別急迫。
概述
在此揭示了根據(jù)初始粗位置估計(jì)而準(zhǔn)確確定接收機(jī)設(shè)備的位置的技術(shù)，該 位置可能使用較不準(zhǔn)確的關(guān)于發(fā)射機(jī)位置的信息(例如GPS衛(wèi)星的舊日歷或舊 天文歷)而被導(dǎo)出。在揭示的方法和裝置的一實(shí)施例中，根據(jù)下列知識(shí)而對(duì)接 收機(jī)的粗位置估計(jì)進(jìn)行糾正，這些知識(shí)有(l)提供相對(duì)更精確的發(fā)射機(jī)位置的 信息；以及(2)提供相對(duì)較不精確的發(fā)射機(jī)位置的信息(例如舊日歷和/或天文 歷)用于推導(dǎo)粗位置估計(jì)。該糾正可根據(jù)不同糾正算法而實(shí)現(xiàn)，其中一種是這 里要詳述的迭代算法。
根據(jù)揭示的方法和裝置的一實(shí)施例，接收設(shè)備的粗位置估計(jì)。粗位置估計(jì) 可能根據(jù)初始(較不準(zhǔn)確)多個(gè)發(fā)射機(jī)的位置估計(jì)而導(dǎo)出，諸如GPS衛(wèi)星。還接 收發(fā)射機(jī)的經(jīng)修改的(更準(zhǔn)確)位置估計(jì)。經(jīng)修改的設(shè)備的位置估計(jì)然后經(jīng)初始 化(例如對(duì)粗位置估計(jì))。然后根據(jù)設(shè)備和發(fā)射機(jī)的初始和經(jīng)修改位置估計(jì)計(jì)算 更新向量。設(shè)備的經(jīng)修改位置估計(jì)然后根據(jù)更新向量被更新。更新向量的計(jì)算和設(shè)備的經(jīng)修改位置估計(jì)的更新可以被重復(fù)多次(例如，直到更新向量的幅度 在某特定闞值ft匱內(nèi))以達(dá)到對(duì)設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際位置越來(lái)越準(zhǔn)確的估計(jì)。
根據(jù)揭示的方法和裝置的一實(shí)施例，更新向量由以下步驟計(jì)算(l)根據(jù) 設(shè)備和發(fā)射機(jī)的經(jīng)修改位置估計(jì)計(jì)算一組測(cè)量；(2)根據(jù)該組測(cè)量值和發(fā)射機(jī) 的初始位置估計(jì)導(dǎo)出設(shè)備的中間位置估計(jì)；(3)根據(jù)發(fā)射機(jī)的初始位置估計(jì)和 設(shè)備的中間位置估計(jì)確定第一幾何矩陣；(4)根據(jù)發(fā)射機(jī)和設(shè)備的經(jīng)修改的位 置估計(jì)確定第二幾何矩陣；以及(5)根據(jù)設(shè)備的中間和修改位置估計(jì)以及第一 和第二幾何矩陣計(jì)算更新向量。這些步驟以下詳述。
揭示的方法和裝置還提供其他方面、實(shí)施例、特征，將在以下詳述。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
通過(guò)下面提出的結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征、性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)將變得 更加明顯，附圖中相同的符號(hào)具有相同的標(biāo)識(shí)，其中

圖1A是能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明不同方面的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化說(shuō)明；
圖1B是說(shuō)明根據(jù)接收機(jī)設(shè)備可用的信息的發(fā)射機(jī)位置的誤差的圖表； 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例接收機(jī)設(shè)備和位置識(shí)別設(shè)備的簡(jiǎn)化模塊框圖； 圖3是說(shuō)明由位置識(shí)別設(shè)備實(shí)現(xiàn)的根據(jù)先前由接收機(jī)設(shè)備導(dǎo)出的粗位置估 計(jì)而導(dǎo)出接收機(jī)設(shè)備更精確的位置估計(jì)的處理的流程圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)迭代算法的處理的流程圖。
詳細(xì)描述
圖1A是能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同方面的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化說(shuō)明。接收機(jī)設(shè)備110，要 確定其位置，通過(guò)天線接收從多個(gè)發(fā)射機(jī)130a-130d(在此集體用參考號(hào)"130") 發(fā)射來(lái)的信號(hào)。接收機(jī)設(shè)備110進(jìn)一步與位置識(shí)別設(shè)備120通信，它幫助以確 定接收設(shè)備的位置，將在下面詳述。
在一實(shí)施例中，接收機(jī)設(shè)備110是能從多個(gè)發(fā)射機(jī)130接收信號(hào)的蜂窩電
話。然而，接收機(jī)設(shè)備iio可能是任何能確定接收信號(hào)相對(duì)參考時(shí)間的到達(dá)時(shí)
間的設(shè)備。例如，接收設(shè)備110可能是有無(wú)線調(diào)制解調(diào)器的計(jì)算機(jī)終端，獨(dú)立 的GPS接收機(jī)、能從地面發(fā)射機(jī)接收信號(hào)的接收機(jī)、或其他任何接收機(jī)。該發(fā) 射機(jī)130可能是任何一種帶有已知位置或不能確定位置的發(fā)射機(jī)。在一實(shí)施例 中，發(fā)射機(jī)130是全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)的衛(wèi)星。在揭示方法和裝置的其他實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)可能是基于地面的發(fā)射機(jī)(例如無(wú)線通信系統(tǒng)的基站)或GPS 和基于地面的發(fā)射機(jī)的組合。
接收機(jī)設(shè)備110根據(jù)指示發(fā)射接收到信號(hào)的發(fā)射機(jī)130的位置的信號(hào)和消 息估計(jì)其位置。由于各種因素，接收機(jī)設(shè)備110可能沒(méi)有關(guān)于發(fā)射機(jī)130實(shí)際 位置的當(dāng)前或準(zhǔn)確信息。在該情況下，由接收機(jī)設(shè)備iio作出的其位置估計(jì)是 粗略的，且沒(méi)有期望的精度。該使用較不精確的發(fā)射機(jī)位置作出的初始粗位置 估計(jì)可能使用在此描述的技術(shù)此后被"糾正"以從而提供更準(zhǔn)確的接收機(jī)設(shè)備 的位置估計(jì)。
接收機(jī)130能作為參考點(diǎn)用于確定接收機(jī)110的位置。通過(guò)準(zhǔn)確地測(cè)量與 三個(gè)發(fā)射機(jī)間的距離，接收機(jī)設(shè)備110能"三角法測(cè)量"其位置。接收機(jī)設(shè)備 110通過(guò)測(cè)量信號(hào)從發(fā)射機(jī)130到接收機(jī)設(shè)備110需要的時(shí)間確定距離。在知 道了信號(hào)從發(fā)射機(jī)130的發(fā)射時(shí)間以及觀察由接收機(jī)設(shè)備110接收到信號(hào)的時(shí) 間(基于其內(nèi)部時(shí)鐘)，信號(hào)的傳遞時(shí)間能被確定。然而，在發(fā)送和接收間的準(zhǔn) 確時(shí)間量由于例如在發(fā)射機(jī)130和接收機(jī)設(shè)備110間的兩個(gè)時(shí)鐘的偏差而不能 被確定。因此，"偽距離" 一般根據(jù)"參考"時(shí)間和接收到信號(hào)時(shí)間的差而計(jì) 算得。參考時(shí)間可能是任何時(shí)間，只要參考時(shí)間對(duì)所有作出的偽距離測(cè)量一致 (或偽距離測(cè)量能調(diào)整以補(bǔ)償使用的參考時(shí)間上的差別)。
圖1A內(nèi)，發(fā)射機(jī)130a到130d示出在由接收機(jī)設(shè)備IIO根據(jù)較不精確(例 如不是最近更新的)的信息估計(jì)出的位置上。這些位置可能不同于發(fā)射機(jī)130 的實(shí)際位置。在發(fā)射機(jī)130是衛(wèi)星的例子中，諸如GPS衛(wèi)星，衛(wèi)星的位置可由 日歷和天文歷標(biāo)識(shí)。
如果有當(dāng)前天文歷信息和晝夜時(shí)間，則可作出GPS衛(wèi)星位置的準(zhǔn)確確定。 然而，天文歷信息只在有限時(shí)間內(nèi)有效(例如兩個(gè)小時(shí))。如果有當(dāng)前日歷信息 和晝夜時(shí)間，則可作出GPS衛(wèi)星位置較不準(zhǔn)確的確定。然而，日歷也是在有限
時(shí)間段內(nèi)有效(例如， 一個(gè)星期)。
本發(fā)明的方面提供技術(shù)以根據(jù)初始粗略位置估計(jì)以準(zhǔn)確確定接收機(jī)位置， 這可能使用關(guān)于發(fā)射機(jī)位置的較不準(zhǔn)確信息(例如，GPS衛(wèi)星的舊日歷或舊天文 歷)而導(dǎo)出。要理解的是初始估計(jì)可能完全根據(jù)過(guò)時(shí)的日歷或天文歷而作出。
由于發(fā)射機(jī)的偽距離和定位是用于確定接收機(jī)設(shè)備的位置、發(fā)射機(jī)的位置 方面的誤差和不準(zhǔn)確性變成了接收機(jī)設(shè)備的位置估計(jì)的誤差和不準(zhǔn)確性。因 此，"粗"位置估計(jì)是根據(jù)到發(fā)射機(jī)130的偽距離而為接收機(jī)設(shè)備作出的，它的已知位置可能有較差精確度。
根據(jù)揭示的方法和裝置的一實(shí)施例，對(duì)接收機(jī)設(shè)備的粗位置估計(jì)的糾正是 根據(jù)(l)關(guān)于發(fā)射機(jī)130位置的更準(zhǔn)確信息；以及(2)關(guān)于在發(fā)射機(jī)130的位 置估計(jì)內(nèi)的誤差量的信息用于導(dǎo)出粗位置估計(jì)。下面將詳述實(shí)現(xiàn)糾正的技術(shù)。 在一實(shí)施例中，在位置識(shí)別設(shè)備120處作出糾正，它可能位于離接收機(jī)設(shè)備110
相對(duì)較遠(yuǎn)的地方。然而，在揭示的方法和裝置的其他實(shí)施例中，位置識(shí)別設(shè)備
120可能與接收機(jī)設(shè)備110位于一處。
圖2是根據(jù)揭示的方法和裝置的一實(shí)施例的接收機(jī)設(shè)備110和位置識(shí)別設(shè) 備120的簡(jiǎn)化模塊圖。接收機(jī)設(shè)備110可能是無(wú)線通信系統(tǒng)內(nèi)的遠(yuǎn)程終端的組 件，諸如蜂窩電話或帶無(wú)線調(diào)制解調(diào)器的計(jì)算機(jī)。或者，接收機(jī)設(shè)備110可能 是獨(dú)立的位置確定單元，諸如獨(dú)立GPS接收機(jī)。
位置識(shí)別設(shè)備120可能是在無(wú)線通信系統(tǒng)內(nèi)的基站收發(fā)機(jī)子系統(tǒng)(BTS)、 基站控制器(BSC)或移動(dòng)交換控制器(MSC)中一個(gè)組件，或耦合到無(wú)線通信系統(tǒng) 的這些元件中的一個(gè)的設(shè)備。例如，位置識(shí)別設(shè)備120可能是無(wú)線通信系統(tǒng)內(nèi) 的位置確定設(shè)備(PDE)?；蛘?，位置識(shí)別設(shè)備120可能是遠(yuǎn)程終端或一些其他 包括接收機(jī)設(shè)備110的設(shè)備的組件或與它們共處的組件?；蛘?，位置識(shí)別設(shè)備 120可能是獨(dú)立的組件。
為簡(jiǎn)化，接收機(jī)設(shè)備110和位置識(shí)別設(shè)備120在圖2中示出為直接耦合。 然而， 一個(gè)或多個(gè)附加元件(例如BTS、 BSC等)可在耦合在接收機(jī)設(shè)備110和 位置識(shí)別設(shè)備120間。位置識(shí)別設(shè)備120和接收機(jī)設(shè)備110可能位于一處。這 可能出現(xiàn)在該種系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，沒(méi)有關(guān)于發(fā)射機(jī)130的位置的準(zhǔn)確信 息，但將來(lái)某時(shí)會(huì)有的情況。接收機(jī)設(shè)備110的粗位置估計(jì)可能在作出偽距離 (或準(zhǔn)確距離)測(cè)量后立即導(dǎo)出。粗位置估計(jì)可能被存儲(chǔ)直到有關(guān)于發(fā)射機(jī)130 的更準(zhǔn)確位置估計(jì)時(shí)，之后可以導(dǎo)出接收機(jī)設(shè)備的更準(zhǔn)確的位置估計(jì)。
在圖2示出的實(shí)施例中，接收機(jī)設(shè)備110包括接收機(jī)210、處理電路212、 存儲(chǔ)器214以及通信端口 216以及還耦合到天線208。天線208接收從發(fā)射機(jī) 130(在圖1A中示出)來(lái)的信號(hào)并將信號(hào)耦合到接收機(jī)210。接收機(jī)210包括必 須的處理接收信號(hào)以導(dǎo)出用于位置估計(jì)的信息的電路(例如射頻(RF)處理電路 和/或其他接收電路)。該種信息可能包括時(shí)間信息等。該信息提供給處理電路 212，它進(jìn)行位置確定計(jì)算。該計(jì)算可能還包括導(dǎo)出到發(fā)射機(jī)130的偽距離的 計(jì)算?；蛘呋蚋郊拥兀撚?jì)算可能包括導(dǎo)出接收機(jī)設(shè)備iio初始位置估計(jì)需要的那些計(jì)算。粗位置估計(jì)可能由于發(fā)射機(jī)130的位置估計(jì)中較大的誤差而有相 對(duì)較大的誤差。
接收機(jī)設(shè)備IIO通過(guò)通信端口 216向位置識(shí)別設(shè)備120提供計(jì)算結(jié)果以及 其他相關(guān)信息。相關(guān)信息可能包括接收信號(hào)被測(cè)量的時(shí)間、用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算的信 息(例如特定的日歷用于估計(jì)發(fā)射機(jī)130的位置)以及可能還有其他信息。通信 端口 216提供到位置識(shí)別設(shè)備120的接口。對(duì)在無(wú)線通信系統(tǒng)內(nèi)的遠(yuǎn)程終端內(nèi) 的接收機(jī)設(shè)備，通信端口 216可能支持通過(guò)無(wú)線鏈路的通信。
在圖2示出的實(shí)施例中，位置識(shí)別設(shè)備120包括通信端口 220、處理電路 222以及存儲(chǔ)器224。該通信端口 220從接收機(jī)設(shè)備110接收計(jì)算結(jié)果和相關(guān) 信息并轉(zhuǎn)發(fā)信息到處理電路222。處理電路222接收計(jì)算結(jié)果和相關(guān)信息，并
進(jìn)一步接收由接收機(jī)設(shè)備iio用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算的較不準(zhǔn)確信息的拷貝。較不準(zhǔn)確
的信息可能是日歷(日歷有效的時(shí)間)、天文歷(天文歷有效的時(shí)間)和/或任何 其他的接收機(jī)設(shè)備110可能用過(guò)以估計(jì)發(fā)射機(jī)130的位置的信息。
接收機(jī)設(shè)備110可能提供較不準(zhǔn)確的信息連同計(jì)算結(jié)果例如作為相關(guān)信息 的一部分。在一些實(shí)施例中，可能不明顯提供較不準(zhǔn)確信息，且其他指示量可 能用于推導(dǎo)用過(guò)的信息。例如，日歷或天文歷有效的時(shí)間，接收信號(hào)在接收機(jī) 設(shè)備110測(cè)量的時(shí)間，粗位置估計(jì)發(fā)送到位置識(shí)別設(shè)備120的時(shí)間，或一些其
他信息(可作為相關(guān)信息的一部分被發(fā)送)，可能足以使得位置識(shí)別設(shè)備120準(zhǔn) 確地推導(dǎo)出用于推導(dǎo)粗位置估計(jì)的發(fā)射機(jī)位置估計(jì)。在一些其他實(shí)施例中，位 置識(shí)別設(shè)備120可能負(fù)責(zé)將用于推導(dǎo)粗位置估計(jì)的信息發(fā)送到接收機(jī)設(shè)備110。 對(duì)這些實(shí)施例，不需要接收機(jī)設(shè)備110通知位置識(shí)別設(shè)備120使用了何種信息。 在一些實(shí)施例中，處理單元212可能直接與位置識(shí)別設(shè)備120通信而不需 要分開(kāi)的通信端口。這可能是在這些例子中的情況，即位置識(shí)別設(shè)備120與接 收機(jī)設(shè)備110是同處的，或在一些其他例子中位置識(shí)別設(shè)備120與接收機(jī)設(shè)備 110不位于同處。
在一實(shí)施例中，位置識(shí)別設(shè)備120在接收從接收機(jī)設(shè)備110來(lái)的計(jì)算結(jié)果 前接收較不精確的信息。在一些實(shí)施例中，由接收機(jī)設(shè)備iio使用的較不精確 信息可能由除接收機(jī)設(shè)備110外其他源(例如在圖2為簡(jiǎn)化未示出的通信鏈路 上)提供給位置識(shí)別設(shè)備120。例如，較不準(zhǔn)確信息可能由位置識(shí)別設(shè)備120從 發(fā)射機(jī)130直接被接收?；蛘撸赡苡晌恢米R(shí)別設(shè)備120從不同于圖1A中示 出的任何元件的源接收較不準(zhǔn)確信息，諸如無(wú)線通信系統(tǒng)內(nèi)的基站的一個(gè)組件。
在一實(shí)施例中，位置識(shí)別設(shè)備120可能有多組信息(例如日歷的幾個(gè)版本)，
其中的任何一個(gè)可能由接收機(jī)設(shè)備110使用以實(shí)現(xiàn)位置確定計(jì)算。在該情況下， 接收機(jī)設(shè)備IIO可能需要提供附加信息到位置識(shí)別設(shè)備120以指明從對(duì)位置識(shí) 別設(shè)備120可用的這些信息中何種信息，是被接收機(jī)設(shè)備IIO特定用于實(shí)現(xiàn)位 置確定計(jì)算的。
圖3是說(shuō)明由位置識(shí)別設(shè)備120實(shí)現(xiàn)的處理以根據(jù)前次由接收機(jī)設(shè)備導(dǎo)出 的粗位置估計(jì)來(lái)導(dǎo)出接收機(jī)設(shè)備110的更準(zhǔn)確的位置估計(jì)。位置識(shí)別設(shè)備120 起初在步驟312從接收機(jī)設(shè)備110接收位置確定計(jì)算的結(jié)果(例如，粗位置估 計(jì)IT)。位置識(shí)別設(shè)備120還接收指明發(fā)射機(jī)130的初始位置估計(jì)f的信息(即
較不準(zhǔn)確的位置估計(jì))，它用于在步驟314導(dǎo)出粗位置估計(jì)。該信息可能指明
用于導(dǎo)出粗位置估計(jì)的日歷或天文歷的版本。由接收機(jī)設(shè)備IIO確定的發(fā)射機(jī)
130的初始位置估計(jì)，較不準(zhǔn)確且對(duì)應(yīng)于當(dāng)作出位置確定計(jì)算時(shí)接收機(jī)設(shè)備110
假設(shè)發(fā)射機(jī)位于的位置。在一實(shí)施例中，位置識(shí)別設(shè)備120還在步驟314接收
進(jìn)行偽距離測(cè)量的時(shí)間。
位置識(shí)別設(shè)備120然后確定發(fā)射機(jī)130位置的更準(zhǔn)確估計(jì)"。這些更精確
的發(fā)射機(jī)位置估計(jì)可能根據(jù)比由接收機(jī)設(shè)備110作出偽距離測(cè)量的更精確時(shí)間 的日歷和/天文歷而作出。在一實(shí)施例中，位置識(shí)別設(shè)備120維持了由GPS星 座圖的衛(wèi)星發(fā)送的日歷和天文歷的日志。該日志使得位置識(shí)別設(shè)備120能使用 最準(zhǔn)確的日歷和天文歷以糾正從接收機(jī)設(shè)備110來(lái)的粗位置估計(jì)，如下將要詳 述。
一旦位置識(shí)別設(shè)備120具有關(guān)于初始較不準(zhǔn)確的位置估計(jì)的信息和發(fā)射機(jī) 130的較準(zhǔn)確位置估計(jì)時(shí)，位置識(shí)別設(shè)備120然后在步驟318處根據(jù)下述的算 法糾正接收機(jī)設(shè)備110的粗位置估計(jì)。
圖1B是根據(jù)接收機(jī)設(shè)備110可用的信息說(shuō)明發(fā)射機(jī)130位置的誤差的圖 表。圖1B示出在代表發(fā)射機(jī)實(shí)際位置更準(zhǔn)確估計(jì)的位置處的發(fā)射機(jī)132a到 132d。圖1B還示出發(fā)射機(jī)代表發(fā)射機(jī)位置的較不準(zhǔn)確估計(jì)的發(fā)射機(jī)130a到 130d。發(fā)射機(jī)132(以點(diǎn)劃線示出)以及發(fā)射機(jī)130(以實(shí)線示出)對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī) 的兩個(gè)位置估計(jì)。然而，使用更準(zhǔn)確或較不準(zhǔn)確的信息(即使用對(duì)于進(jìn)行偽距 離測(cè)量時(shí)刻準(zhǔn)確或不準(zhǔn)確的日歷或天文歷)根據(jù)發(fā)射機(jī)的位置是否已被確定， 每個(gè)發(fā)射機(jī)的位置被認(rèn)為是不同的。發(fā)射機(jī)130的位置由接收機(jī)設(shè)備110用于實(shí)現(xiàn)位置確定計(jì)算以導(dǎo)出接收機(jī)設(shè)備no的粗位置估計(jì)。
位置識(shí)別設(shè)備120對(duì)從接收機(jī)設(shè)備IIO來(lái)的粗位置估計(jì)實(shí)現(xiàn)糾正以提供接 收機(jī)設(shè)備的更準(zhǔn)確位置估計(jì)。對(duì)粗位置估計(jì)的糾正可能根據(jù)包括"線性化"算 法、"迭代算法"以及可能有其他的不同算法而實(shí)現(xiàn)。線性化算法詳細(xì)地在美 國(guó)專利序列號(hào)09/773207，題為"METH0D AND APPARATUS FOR DETERMING LOCATION USING A COARSE POSITION ESTIMATE"提交于2001年1月30日，被轉(zhuǎn)讓給本 發(fā)明的受讓人。該迭代算法在下面描述。
迭代算法可以用于實(shí)現(xiàn)接收機(jī)設(shè)備110的粗位置估計(jì)的糾正，這是根據(jù) (1)知道發(fā)射機(jī)130(例如GPS衛(wèi)星)的位置的較不準(zhǔn)確估計(jì)用于導(dǎo)出接收機(jī)設(shè)備 110的粗位置估計(jì)，以及(2)知道在測(cè)量偽距離時(shí)刻發(fā)射機(jī)130實(shí)際位置更準(zhǔn)確 估計(jì)。發(fā)射機(jī)更準(zhǔn)確的位置估計(jì)可能根據(jù)知道作出偽距離測(cè)量的特定時(shí)間而被 確定。
要理解的是，粗位置估計(jì)是在當(dāng)沒(méi)有發(fā)射機(jī)130位置的更準(zhǔn)確估計(jì)時(shí)在某 個(gè)時(shí)間上或位置處進(jìn)行的。糾正一般會(huì)在以后的時(shí)刻或另一地點(diǎn)或兩者而實(shí) 現(xiàn)，這根據(jù)何時(shí)于何地發(fā)射機(jī)130位置的更準(zhǔn)確估計(jì)變得可用。
在揭示的方法和裝置的一實(shí)施例中，假設(shè)在位置定位方案(即接收機(jī)設(shè)備 110經(jīng)計(jì)算的位置)以及一組發(fā)射機(jī)位置估計(jì)間有一對(duì)一的映射。當(dāng)只有四個(gè)偽 距離測(cè)量時(shí)，該假設(shè)很容易滿足。
為簡(jiǎn)潔之故，迭代算法特別為發(fā)射機(jī)130是GPS衛(wèi)星的情況描述。然而， 迭代算法還可以用于任何類型的發(fā)射機(jī)，其中在特定時(shí)間或地點(diǎn)有不準(zhǔn)確的發(fā) 射機(jī)位置信息，在以后和/或其他位置有更準(zhǔn)確的發(fā)射機(jī)位置信息。
根據(jù)日歷信息和時(shí)鐘偏差導(dǎo)出的第i個(gè)衛(wèi)星的位置f可能表達(dá)為
<formula>formula see original document page 11</formula>以及"
時(shí)間偏差定義為接收機(jī)設(shè)備110內(nèi)的本地時(shí)鐘指明的時(shí)間和發(fā)射機(jī)130內(nèi)的時(shí) 鐘指明的時(shí)間間的差。位置，f一般由于接收機(jī)設(shè)備iio使用的日歷的不準(zhǔn)確 性而在導(dǎo)出位置^有相對(duì)較大的誤差。
位置，f根據(jù)日歷信息和時(shí)鐘偏差導(dǎo)出的第i個(gè)衛(wèi)星的位置《可能表達(dá)為
<formula>formula see original document page 11</formula>以及W
位置，f一般由于使用的較準(zhǔn)確的天文歷而有相對(duì)較小的誤差。粗位置估計(jì)由
接收機(jī)設(shè)備110用相對(duì)較不準(zhǔn)確的日歷信息導(dǎo)出的^可能表達(dá)為<formula>formula see original document page 12</formula>
由接收機(jī)設(shè)備iio使用相對(duì)更準(zhǔn)確的發(fā)射機(jī)位置估計(jì)而導(dǎo)出的接收機(jī)設(shè)備iio
的更準(zhǔn)確位置估計(jì)f可能表達(dá)為 FT-[;c', 力 2',
初始時(shí)，可能沒(méi)有更準(zhǔn)確的信息。因此，更準(zhǔn)確的位置估計(jì)ir可能設(shè)定為ir。 位置估計(jì)^r在獲得更多信息時(shí)被更新。
與每個(gè)衛(wèi)星相關(guān)的距離估計(jì)可能根據(jù)以下表達(dá)式而獲得
<formula>formula see original document page 12</formula>
式(i)
這些距離估計(jì)本質(zhì)上是該由位于f處的接收設(shè)備接收從位于由更準(zhǔn)確信 息指明的位置處的發(fā)射機(jī)來(lái)的信號(hào)確定的偽距離測(cè)量。還可以看到該測(cè)量值，
等式(l)的m,.是接收機(jī)設(shè)備110更準(zhǔn)確位置估計(jì)^T和發(fā)射機(jī)130中一個(gè)的更準(zhǔn) 確位置估計(jì)《間的距離，考慮了時(shí)鐘偏差。根據(jù)為每個(gè)衛(wèi)星計(jì)算的m,.的范圍值，
最小均方值(LMS)計(jì)算可以用于確定接收機(jī)設(shè)備110應(yīng)該已經(jīng)計(jì)算的位置 ^ = [< 乂《《]，如果它曾在位置iT且假設(shè)發(fā)射機(jī)130位于由較不準(zhǔn)確位置 估計(jì)指明的位置處，即發(fā)射機(jī)130的f(即由日歷信息指明的位置)。根據(jù)該位
置估計(jì)f和iT和f間的偏微分方程的知識(shí)，可以確定更新向量i 。
較不準(zhǔn)確發(fā)射機(jī)位置估計(jì)K (例如日歷導(dǎo)出的衛(wèi)星位置)的幾何矩陣//。以及
對(duì)應(yīng)的從前次LMS計(jì)算導(dǎo)出的位置f可以定義為
<formula>formula see original document page 12</formula>
式(2)
類似地，更準(zhǔn)確發(fā)射機(jī)位置估計(jì)f (例如天文歷導(dǎo)出的衛(wèi)星位置)的幾何矩陣
i/。以及更準(zhǔn)確接收機(jī)設(shè)備位置估計(jì)^r可以定義為<formula>formula see original document page 13</formula>式(3)
最終幾何矩陣/f,可能表示為:
式(4)
的:
為:
其中R是測(cè)量矩陣的協(xié)方差，即/ = ￡[示*^]，其中E[]代表計(jì)算在方括號(hào)內(nèi)
:的統(tǒng)計(jì)期望且&是在等式(l)中確定的測(cè)量的向量。更新向量^然后可以表達(dá)
= (H'r' ;r1 ■ if, )_1. H「 . fe 一 iT)
式(5)
通過(guò)使用更準(zhǔn)確發(fā)射機(jī)位置估計(jì)^ (例如天文歷導(dǎo)出的衛(wèi)星位置)而獲得的接
收機(jī)設(shè)備位置的更準(zhǔn)確估計(jì)^可以表達(dá)為
iT=i7。+^r 式(6)
等式(1)到(6)可以迭代地被應(yīng)用許多次以導(dǎo)出接收機(jī)設(shè)備110越來(lái)越精確的
位置估計(jì)。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的迭代算法實(shí)現(xiàn)的處理的流程圖。由接收機(jī)設(shè)備
iio根據(jù)較不準(zhǔn)確的發(fā)射機(jī)的位置估計(jì)f導(dǎo)出的粗位置估計(jì)na首先被接收(如圖3
描述)。接收機(jī)設(shè)備110更準(zhǔn)確的位置估計(jì)JT在步驟412處初始為粗位置估計(jì)iT。 然后在步驟414確定偽距離測(cè)量m,.。如果位置估計(jì)iT是答案的話這些測(cè)量就是要
得到的那些。測(cè)量m,.可根據(jù)等式(l)導(dǎo)出且可以為先前用于導(dǎo)出粗位置估計(jì)f的所 有發(fā)射機(jī)而確定。
在步驟416處，根據(jù)在步驟414確定的測(cè)量w,以及較不準(zhǔn)確發(fā)射機(jī)位置估計(jì)V 實(shí)行LMS計(jì)算。該LMS計(jì)算可以通過(guò)本領(lǐng)域內(nèi)已知的方法獲得。LMS計(jì)算產(chǎn)生的結(jié)
果標(biāo)為iT ，它是如果接收機(jī)設(shè)備曾在位置iT則接收機(jī)設(shè)備110應(yīng)該會(huì)得到的解。 幾何矩陣乓然后在步驟418處根據(jù)等式(2)、 (3)和(4)而計(jì)算，更新向量i然
后在步驟420能根據(jù)幾何矩陣/7,以及位置估計(jì)的差別(即^一^r)以及根據(jù)等式(5) 而被確定。更準(zhǔn)確的位置估計(jì)iT在步驟422處用更新向量^7更新。在步驟424處，作出是否向量^T的大小小于某特定閾值ftl(例如|^"|<1)。 如果更新向量^7比特定閾值凰值小，則處理回到步驟414且發(fā)射機(jī)130的測(cè)量附,.再
次根據(jù)接收機(jī)設(shè)備110的最近更新的更準(zhǔn)確位置估計(jì)iT而被確定。步驟414到步
驟424重復(fù)必要的次數(shù)直到更新向量^"的大小小于該閾值MI。 一旦滿足該閾值
閾值，位置估計(jì)r作為接收機(jī)設(shè)備iio的更準(zhǔn)確位置估計(jì)返回。處理然后中止。
在此描述的技術(shù)使得接收機(jī)設(shè)備的位置能根據(jù)接收機(jī)設(shè)備的粗位置估計(jì)而被 準(zhǔn)確確定，粗位置估計(jì)可能根據(jù)發(fā)射機(jī)的較不準(zhǔn)確位置估計(jì)而被推導(dǎo)出。這樣，描 述發(fā)射機(jī)位置的信息(例如，日歷)可能經(jīng)常載入接收機(jī)設(shè)備，這可以保存資源。
在此描述的技術(shù)可能還用于確定以模擬模式操作的接收機(jī)設(shè)備的位置，它是 由測(cè)量的時(shí)間標(biāo)記不能以足夠的準(zhǔn)確性知道為特征的(例如大于5毫秒的時(shí)間標(biāo)記 誤差)。
根據(jù)發(fā)明的一方面，五個(gè)或多個(gè)發(fā)射機(jī)(例如GPS衛(wèi)星)的測(cè)量可能被用于求 解x、 y、 z以及時(shí)鐘偏差以及時(shí)間標(biāo)記誤差。以上描述的糾正算法可用于接收機(jī)設(shè) 備報(bào)告的時(shí)間標(biāo)記不準(zhǔn)確的情況。
上述的迭代算法可以根據(jù)五個(gè)或多個(gè)測(cè)量用于位置確定計(jì)算而實(shí)現(xiàn)。上述等 式(l)至lj(6)的計(jì)算以及圖4示出的流程圖可以用以上描述的方式應(yīng)用。然而，取代 一般用于四個(gè)測(cè)量的LMS算法，經(jīng)修改的LMS算法被實(shí)現(xiàn)以對(duì)五個(gè)未知數(shù)進(jìn)行計(jì)算
而得到解(即接收機(jī)設(shè)備的位置估計(jì))。取代在等式(2)和(3)中相應(yīng)示出的幾何矩陣 //。和/^的四維，這些矩陣會(huì)有對(duì)應(yīng)于使用的測(cè)量數(shù)的維數(shù)。
當(dāng)用五個(gè)測(cè)量用于位置確定計(jì)算時(shí)，幾何矩陣//。，5可表示為<formula>formula see original document page 14</formula>
以上矩陣//。，5的首四列是與等式(2)中的示出相同，第五列包括每個(gè)偏微分發(fā) 射機(jī)的關(guān)于時(shí)間標(biāo)記的偽距離測(cè)量^ 。該第i個(gè)發(fā)射機(jī)的偏微分可表達(dá)為<formula>formula see original document page 15</formula>類似地，
五個(gè)測(cè)量的幾何矩陣&，5可表示為
<formula>formula see original document page 15</formula>同樣，以上矩陣/^5的首四列是與等式(3)中的示出相同，第五列包括每個(gè)發(fā) 射機(jī)的偽距離測(cè)量關(guān)于時(shí)間標(biāo)記的偏微分^。該第i個(gè)發(fā)射機(jī)的偏微分可表達(dá)
為:
<formula>formula see original document page 15</formula>由于它們將衛(wèi)星的軌跡描述為時(shí)間的函數(shù)，每個(gè)衛(wèi)星的座標(biāo)相對(duì)于測(cè)量時(shí)間 的偏微分(例如，%^、 f以及f)可以從相應(yīng)的日歷或天文歷導(dǎo)出。對(duì)以上
的等式，"是在第k次迭代時(shí)的測(cè)量時(shí)間估計(jì)。從以上方程，在每次迭代時(shí)，衛(wèi)星 位置根據(jù)測(cè)量時(shí)間t的值重新計(jì)算，該t可能從每次迭代時(shí)是重新估計(jì)的未知數(shù)值 中的一個(gè)的測(cè)量時(shí)間誤差得到。
模擬模式的位置確定計(jì)算在美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/280337內(nèi)得到進(jìn)一步描 述，題為"METHOD AND APPARATUS FOR LOCATING GPS EQUIPPED WIRELESS DEVICES OPERATING IN ANALOG MODE"，提交于1999年3月29日，被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受 讓人。
在圖2，處理電路212和222可能相應(yīng)地通過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器214和224 內(nèi)的程序指令而導(dǎo)出初始粗位置估計(jì)以及接收機(jī)設(shè)備110的更準(zhǔn)確位置估計(jì)。處理 電路212和214可能每個(gè)實(shí)現(xiàn)為數(shù)據(jù)信號(hào)處理器、應(yīng)用專用集成電路(ASIC)、處 理器、微處理器、控制器、微控制器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、其他電子單元或以上的組合用于實(shí)現(xiàn)上述的功能。處理電路212和22還每個(gè)可能進(jìn)一步 包括存儲(chǔ)器212或224用于存儲(chǔ)程序指令和數(shù)據(jù)。
上述優(yōu)選實(shí)施例的描述使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能制造或使用本發(fā)明。這些實(shí) 施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，這里定義的一般原 理可以被應(yīng)用于其它實(shí)施例中而不使用創(chuàng)造能力。因此，本發(fā)明并不限于這里 示出的實(shí)施例，而要符合與這里揭示的原理和新穎特征一致的最寬泛的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種確定設(shè)備位置的方法其特征在于包括(a) 接收設(shè)備位置的估計(jì)，該估計(jì)通過(guò)使用多個(gè)發(fā)射機(jī)的初始位置估計(jì)而已 被計(jì)算；(b) 使用設(shè)備和發(fā)射機(jī)的經(jīng)修改的估計(jì)計(jì)算一組距離估計(jì)；(c) 根據(jù)發(fā)射機(jī)的一組測(cè)量值和初始位置估計(jì)導(dǎo)出設(shè)備的中間位置估計(jì)；(d) 部分根據(jù)設(shè)備的中間位置估計(jì)和經(jīng)修改的位置估計(jì)計(jì)算更新向量；以及(e) 根據(jù)更新向量更新設(shè)備的經(jīng)修改的位置估計(jì)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于還包括 多次重復(fù)計(jì)算、推導(dǎo)、計(jì)算以及更新。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于重復(fù)計(jì)算、推導(dǎo)、計(jì)算以及更新直 到更新向量的大小處在一特定閾值內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于還包括 (a)把設(shè)備的經(jīng)修改位置估計(jì)為粗位置估計(jì)。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于發(fā)射機(jī)是全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng) 的衛(wèi)星。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于衛(wèi)星的初始位置估計(jì)是根據(jù)日歷的。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于衛(wèi)星的經(jīng)修改的位置估計(jì)是根據(jù)天 文歷的。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，發(fā)射機(jī)的經(jīng)修改的位置估計(jì)是根 據(jù)從發(fā)射機(jī)來(lái)的信號(hào)在設(shè)備端被測(cè)量的時(shí)間而確定的，這些信號(hào)被用來(lái)導(dǎo)出設(shè)備的 粗位置估計(jì)。
9.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，設(shè)備的中間位置估計(jì)是根據(jù)最小 平方根(LMS)計(jì)算而導(dǎo)出的。
10.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于還包括-(a) 根據(jù)發(fā)射機(jī)的初始位置估計(jì)以及設(shè)備的中間位置估計(jì)確定第一幾何矩 陣；以及(b) 根據(jù)發(fā)射機(jī)的經(jīng)修改的位置估計(jì)以及設(shè)備的經(jīng)修改位置估計(jì)確定第二 幾何矩陣；以及(c) 其中更新矩陣是基于第一和第二幾何矩陣的。
全文摘要
根據(jù)設(shè)備的初始粗位置估計(jì)而確定設(shè)備位置的技術(shù)，該估計(jì)根據(jù)多個(gè)發(fā)射機(jī)的位置的初始(較不準(zhǔn)確)估計(jì)而導(dǎo)出。在一種方法中，接收設(shè)備的粗位置估計(jì)以及經(jīng)修改(更準(zhǔn)確)發(fā)射機(jī)位置估計(jì)。初始化設(shè)備的經(jīng)修改位置估計(jì)(例如為粗位置估計(jì))。下一步根據(jù)設(shè)備和發(fā)射機(jī)的初始和經(jīng)修改的位置估計(jì)計(jì)算更新向量。經(jīng)修改的設(shè)備的位置估計(jì)根據(jù)更新向量而被更新。對(duì)更新向量的計(jì)算和經(jīng)修改設(shè)備的位置估計(jì)的更新可以重復(fù)許多次以獲得更準(zhǔn)確的估計(jì)。
文檔編號(hào)G01S1/00GK101311745SQ200810125158
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2002年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月5日
發(fā)明者A·瓦亞諾斯, P·戈?duì)?申請(qǐng)人:高通股份有限公司