藉助用於提高定位準確性的移動和/或機載傳感器以及用於識別無線設備位置的實時高...的製作方法

2023-07-04 15:41:11

專利名稱：藉助用於提高定位準確性的移動和/或機載傳感器以及用於識別無線設備位置的實時高 ...的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及用於定位無線發射器的方法和裝置，例如用於模擬或 數字蜂窩系統、個人通訊系統(PCS)、增強型專用移動無線(ESMR)或 其它類型的無線通訊系統的發射器，尤其是但不唯一地，本發明涉及無線 定位系統(WLS)中的移動接收站(如定位測量單元(LMU))的使用。
背景技術：
涉及無線定位系統的早期工作在1994年7月5日的標題為"Cellular Telephone Location System，，的美國專利號5， 327， 144中得以描述，其公 開了用於使用新型的到達時間差(TDOA)技術來定位蜂窩電話的系統。 在1997年3月4日的標題為"System for Locating a Source of Bursty Transmissions"的美國專利號5, 608 ， 410中公開了 ' 144專利中7>開的系統 的進一步增強。
在過去的幾年中，蜂窩(cellular)工業增加了可由無線電話使用的空中 接口協議的數量，增加了無線或行動電話可在其中操作的頻帶的數量，以
6及擴大了表示或關於行動電話的術語的數量以包括"個人通訊服務"、"無
線"等等。空中接口協議現在包括AMPS、 N-AMPS、 TDMA、 CDMA、 GSM、 TACS、 ESMR、 GPRS、 EDGE、 UMTS WCDMA等等。術語的變化和空 中接口數量的增加不改變基本原理和被發明者發現和增強的發明。然而， 為了與工業的當前術語一致，發明者現在稱這裡描述的系統為無線定位系統。
無線通訊工業承認無線定位系統的價值和重要性。在1996年6月， 聯邦通訊委員會對無線通訊工業發布了部署用於定位無線9-1-1呼叫者的 定位系統的要求，最後期限為2001年10月。由於減少了使用緊急反應資 源，無線E9-1-1呼叫者的定位將節省反應時間、挽救生命和節省龐大的費 用。此外，調查和研究推斷出，各種無線應用如基於用戶位置的計費 (location sensitive billing )、車隊管J裡(fleet management)等等在4尋來將有 重大的商業價值。
TmePosition公司持續開發進一 步提高無線定位系統的準確性的系統 和技術，同時顯著地減少這些系統的成本。例如，已經授予下列共同轉讓 專利用於無線定位領域中的各種改進
美國專利號5， 327, 144,1994年7月5日，"Cellular Telephone Location System";
美國專利號5 ， 608 ， 410,1997年3月4日，"System For Locating A Source of Bursty Transmissions";
美國專利號6， 047, 192, 2000年4月4日，"Robust, Efficient, Localization System"; 以及
美國專利號6, 782, 264, 2004年8月24日，"Monitoring of Call Information in a Wireless Location System"。
如所述，有很多用於無線通訊系統的空中接口協議。在美國和國際上， 這些協議用在不同的頻帶中。在定位無線電話時頻帶通常不影響無線定位 系統的有效性。
空中接口協議使用兩種類型的"信道"。第一種類型包括控制信道，其 用於傳送關於無線電話或發射器的信息、用於發起或終止呼叫、或用於傳輸突發性數據(bursty data)。例如， 一些類型的短消息服務在控制信道上 傳輸數據。在不同的空中接口中，控制信道由不同的術語辨別，但每個空 中接口中的控制信道的使用是類似的。控制信道通常具有關於包含在傳輸 中的無線電話或發射器的識別信息。第二種類型的信道包括語音信道，也 稱為業務信道(tra伍c channel )，其一般用於在空中接口上傳送語音或數據 通訊。語音和用戶數據信道一般使用無線通訊系統內的專用資源，而控制 信道使用共享資源。這種區別可為了無線定位的司的使控制信道的使用比 語音信道的使用更加有成本效益，雖然有一些應用期望在語音信道上的有 規律的定位。語音信道通常沒有關於在傳輸中的無線電話或發射器的識別 信息。
以下討論空中接口協議中的一些不同
AMPS—這是在美國用於蜂窩通訊的最初的空中接口協議。在AMPS 系統中，分配分離的專用信道以被控制信道(RCC)使用。根據TIA/EIA 標準IS-553A，每個控制信道塊必須在蜂窩信道313或334開始，但該塊 可具有可變的長度。在美國，依照慣例，AMPS控制信道塊是21個信道的 寬度，但26個信道塊的使用也是公知的。反向語音信道(RVC)可佔據沒 有分配給控制信道的任何信道。控制信道調製是FSK (頻移鍵控)，而語 音信道使用FM (頻率調製)被調製。
N-AMPS—此空中接口是AMPS空中接口協議的擴展，並被定義在 EIA/TIA標準IS-88中。控制信道實質上與AMPS的相同，但語音信道不 同。相比於對AMPS使用的30KHz，語音信道佔據小於lOKHz的帶寬， 且調製為FM。
TDMA—此接口也稱為D-AMPS，並被定義在EIA/TIA標準IS-136中。 該空中接口以頻率和時間分離的使用為特徵。控制信道被稱為數字控制信 道(DCCH)，並在被分配給由DCCH使用的時隙中以突發的形式傳輸。 與AMPS不同，DCCH可被分配在頻帶中的任何地方，雖然根據概率塊的 使用，通常有一些頻率分配比其它更有吸引力。語音信道被稱為數字業務 信道(DTC )。 DCCH和DTC可佔據相同的頻率分配，^旦在給定頻率分配 中不是相同的時隙分配。DCCH和DTC使用稱為兀/4DQPSK (差分四進位 相移鍵控)的相同調製方案。在蜂窩波段中，栽波可使用AMPS和TDMA協議，只要對每個協議的頻率分配保持分離。
CDMA—此空中接口由EIA/TIA標準IS-95A定義。該空中接口以頻 率和編碼分離的使用為特徵。然而，因為相鄰的蜂窩基站(cell site)可使用 相同的頻率組，CDMA也以非常謹慎的功率控制為特徵。這個謹慎的功率 控制導致本領域技術人員稱為遠近問題(near-far problem)的情況，這使無線 定位對大多數正確運行的方法很難(但參見對該問題的解決方案，美國專 利號6,047， 192， 2000年4月4日，"Robust, Efficient, Localization System")。 控制信道被稱為接入信道(access channel),而語音信道糹皮稱為業務信道。 接入和業務信道可共享相同的頻帶，但被編碼分離。接入和業務信道使用 稱為OQPSK的相同調製方案。
GSM—此空中接口由國際標準的全球移動通信系統定義。同TDMA 一樣，GSM以頻率和時間分離的使用為特徵。信道帶寬為200KHz，其比 對TDMA使用的30KHz寬。控制信道被稱為獨立專用控制信道(SDCCH )， 並在分配給由SDCCH使用的時隙中以突發的形式傳輸。SDCCH可被分配 在頻帶中的4壬<可地方。語音信道^皮稱為業務信道(TCH)。 SDCCH和TCH 可佔據相同的頻率分配，但在給定頻率分配中不是相同的時隙分配。 SDCCH和TCH使用稱為GMSK的相同調製方案。GSM通用分組無線業 務(GPRS )和GSM演進的增強數據速率(EDGE )系統重複使用GSM信 道結構，但可使用多個調製方案和數據壓縮以提供較高的數據流量。
在本說明書中，對控制信道或語音信道的參考指所有類型的控制或語 音信道，無論特定空中接口的優選術語是什麼。而且，有很多在全世界使 用的更多類型的空中才妾口 (如IS-95CDMA、 CDMA2000、 UMTS和 W-CDMA)，且除非指明國家，沒有從本說明書中描述的發明原理排除任 何空氣接口的意圖。實際上，本領域技術人員將認識到，在其它地方使用 的其它接口是上面描述的接口的派生或在種類上與之類似。
目前的無線定位系統可能具有^艮多潛在的問題。首先，^吏用靜止或固 定的基於地面的接收器來部署目前的無線定位系統。雖然靜止的接收器提 供在其特定的區域內的覆蓋，它們的特定覆蓋區域是有限的。此外，相對 於在其中無線定位系統的接收器在無線通訊系統的蜂窩基站或基站被共 同定位的覆蓋系統，在全美國和國際共同體中的很多地區缺乏足夠的用於部署無線定位系統的蜂窩基站。最後，靜止的基於地面的接收器不適於提 供可有助於確定無線設備的位置的影像。

發明內容
下列概要提供了本發明的各個方面的概述。這不意味著提供本發明的 所有重要方面的詳盡描述，或限定本發明的範圍。相反，本概要意圖是用 作對接下來的詳細描述的引言。
示例性WLS主要由多個無線電接收器組成，所述接收器分布在期望 有定位能力的全部範圍的地理區域中。 一般而言，無線電接收器是固定的 並具有已知的位置。此外，它們通過全球定位系統(GPS)定時接收器彼 此時間和頻率同步。通常，這些無線電與蜂窩基站裝置並置，以允許資源 的共享，如天線和傳輸線、多路耦合器、環境控制的封閉空間、和功率以 及回程(backhaul)通訊裝置，所述回程通訊裝置用於將信息從蜂窩基站 傳遞到中央站點或從一個蜂窩基站傳遞到另一蜂窩基站。這些無線電在一 段時間內從無線手持機和設備接收射頻(RF)傳輸，以允許通過到達時間 差(TDOA)和到達頻率差(FDOA)處理來確定其位置(即綽度和經度) 以及其速度和方向。
通過TDOA/FDOA處理來確定無線發射器的位置、速度和方向要求多
個傳感器在一段時間內接收發射信號，且每個傳感器的位置、速度和方向
在傳感器獲得信號的時間期間是已知的。典型的WLS部署利用很多靜止
或固定的傳感器，因此它們的速度為零，且它們的方向是不明確和不相關
的。本發明通過具有一個或更多傳感器來增加典型的WLS部署，這些傳 感器不與蜂窩基站裝置並置但為移動平臺的一部分。移動平臺可為但不限
於陸地巡迴交通工具、船隻、航空器、水陸兩用交通工具和/或衛星。移動 平臺優選地包括定位測量單元(LMU),其隨著GPS定時接收器而增強以 提供時間和頻率參考以及LMU在準確時間的位置(即，綿度、經度和高 度)、速度和三維方向。也優選地提供用於從基站接收下行鏈路傳輸的天 線和接收器、用於從移動單元接收上行鏈路傳輸的天線和接收器、以及用 於接收GPS信號的天線和接收器。無線通訊連結還可用於向LMU提供命 令和控制信號並傳遞由要被定位的行動裝置發射的期望信號的表示。進一步地， 一個或更多移動傳感器的使用可提供實時影像，且在機載
(airborne)傳感器的情況下，提供無線設備被定位的地理區域的高空影像。 這樣的影像可用於提高WLS的定位準確性，因為由TDOA和/或到達角 (AOA)測量確定的無線設備的位置可與實時圖像相關聯。例如，如果由 無線定位系統提供的無線設備的位置與由高空圖像提供的汽車的位置一 致，那麼可設想無線設備實際上在汽車內。因此，增加具有目標地理區域 的實時紅外和/或機載影像的機載傳感器可增強無線設備的用戶的識別。
這裡描述的另一特徵涉及可被移動LMU使用的方法，以增強其從要 被定位的移動站成功地4全測並確定傳輸的到達時間(TOA)和/或到達時間 差(TDOA)和/或到達頻率差(FDOA)的能力。該方法包括使用配置成 從無線設備接收射頻(RF)傳輸的接收器和用於存儲所接收的傳輸的數據 樣本的存儲器。此外，LMU可包括用於使表示所接收的傳輸的儲存數據與 所接收的傳輸的複製相關聯的處理器或與其聯繫。在示例性實現中，移動 LMU包括用於接收通過基站收發器或網絡控制器(這些術語有時在這裡互 換使用)傳輸的下行鏈路信號和用於從下行鏈路信號獲得複製的裝置。
根據下列作為例證的實施例的詳細描述，本發明的另外的特點和優點 將變得明顯。


當結合附圖閱讀時，前述概要以及下列詳細的說明被更好地理解。為 了說明本發明的目的，在附圖中示出本發明的示例性結構；然而，本發明 不限於所<^開的特定的方法和工具。在附圖中
圖1是根據本發明描述被部署為覆蓋在商業GSM網絡上的無線定位 系統的示例性示意圖2是根據本發明描述無線定位系統的示例性示意圖3是根據本發明描述移動LMU的部署結構的示例性示意圖4是根據本發明表示被接收器捕獲的無線手持機的可能距離的示例 性圖示；
圖5是根據本發明描述上行鏈路TDOA (U-TDOA)雙曲線的交叉的顯示器屏幕的示例性表示；
圖6是用於通過其較高功率延遲的複製來增強低功率信號的處理方法 的例證性實現的流程圖。
具體實施例方式
移動LMU-增強的WLS提供了獨特的定位解決方案，其允許在各種移 動平臺上實施無線定位」技術，包括基於航空和陸地的實施。此外，移動 LMU-增強的WLS可給用戶提供新類型的定位能力以增強現有平臺的功能 和特點。基於網絡的解決方案可使用稱為定位測量單元(LMU)的接收器， 其可安裝在蜂窩基站上。類似於無線電信號三角測量，無線電話或其它設 備的定位包括稱為上行鏈路到達時間差或U-TDOA的處理方法。
圖1示出部署為在商業GSM網絡上的覆蓋的例證性WLS100的結構。 WLS100的組件包括LMU120、包含無線定位處理器(WLP ) 170和無線 定位網關(WLG) 180的服務移動定位中心(SMLC) 160、以及Abis監 控系統(AMS) 150。 LMU120是在載波的蜂窩基站部署的主要組件。 LMU120然後將所收集的數據轉發到SMLC160。網絡中的LMU120優選 地通過使用全球定位網絡(沒有顯示)在時間和頻率上同步。
WLS使用用戶識別、無線電信道分配和在Abis接口檢測的其它控制 信息來識別哪個GSM無線電脈沖群要被測量，以確定呼叫者的位置。用 於計算該位置的無線電信號悽t據可通過E1/T1回程在LMU120和SMLC
(WLP) 170之間傳輸。系統還包括基站收發器(BTS) 110、基站控制器
(BSC) 140和移動交換單元(MSC) 130。
SMLC的兩個主要子系統，無線定位處理器(WLP) 170和無線定位 網關(WLG) 180可由商業現貨供應的組件構成。SMLC160 —般^皮定位 在載波的交換位置，但它可被遠程分布到任何位置。
無線定位處理器(WLP) 170優選地為高容量定位處理平臺。WLP170 包含用於計算位置、置信區間、速度和傳播方向的多徑抑制算法(multipath mitigation algorithm )和U畫TDOA。 WLP170還可根據來自Abis監控系統 (AMS) 150的觸發或來自U接口的對基礎架構供應商的基站控制器(BSC) 140 (或在一些情況下為MSC130)的請求來確定定位哪個無線電 話。WLP170—般在操作員的BSC140被共同定位，但也可^皮遠程分布。 WLP170的主要功能是從LMU120接收關於信號檢測的報告、執行定位處 理、計算每個信號的定位估計以及與關於定位記錄的WLG180通訊。WLG180管理網絡並提供對定位記錄的載波訪問。WLG180負責定位 記錄的收集和分配。WLG180還保留配置信息並支持網絡管理。WLG180 可位於任何集中式裝置例如網絡操作中心、交換裝置或其它安全裝置中。AMS150持續監控GSM網絡中的所有Abis信令連結190 (在一些情 況下為A接口連結195), AMS150連接到Abis信令連結190。 AMS150 的功能是為無線設備捕獲GSM呼叫建立過程中的消息。然後AMS150將 包含在那些消息中的數據發送到WLG180，以用於隨後的定位處理。(見 美國專利號6 ， 782 ， 264B2,2004年8月24日，"Monitoring of Call Information in a Wireless Location System")網元管理系統(EMS)組件(沒有顯示)是WLS的主要操作員接口。 EMS使WLS操作員能夠執行網絡管理、有限的系統配置管理、警告管理 和故障隔離。EMS包括伺服器和多個客戶機，並使用WLG180連接到WLS。 作為EMS操作員控制臺的EMS客戶機可向網絡內所有元件提供各種級別 的接入。圖2示出移動LMU-增強的WLS200的示例性結構。圖2包含的元件 類似於上面參考圖l描述的元件。這些元件被完全相同地標註，且為了簡 潔而省略了它們的說明。圖2與上面參考圖l描述的WLS100類似地運行， 除了移動LMU225通過發射器AI妻收器226將定位數據傳輸到示例性系統 200中的WLP170的發射器/接收器276。在該結構中，連接到LMU225和 WLG180的收發器為系統提供回程功能。移動LMU225可以是被最低限度 地改變以包括外部GPS模塊(沒有顯示)的常規LMU120。 GPS模塊可提 供移動LMU的三維位置。GPS模塊還可提供移動LMU225的三維向量方 向和速度以及未改裝的LMU120所需要的頻率參考、定時和同步。SMLC160才艮據由參與定位和速度估計的固定LMU120和移動 LMU225提供的數據來分析和分辨目標行動電話的都卜勒分量。SMLC160 執行該功能以標準化衝企測行動電話傳輸的所有LMU的所才企測的頻率(即，每個LMU優選地在互相關過程期間計算出都卜勒頻率)。SMLC160還可 執行該功能以向終端用戶應用程式提供目標移動單元的無線電方位的方 向和速度的增值信息。當移動LMU225本身在運動中時，移動LMU225的附加都卜勒分量在 估計目標行動電話的位置和速度期間被優選地確定和補償。每個發射信號 到SMLC160的移動LMU225可包^"附加信息，該信息包含處在與 SMLC160的標準通訊中的移動LMU225的位置和速度讀lt。在移動 LMU225和SMLC160之間的通訊鏈4妄例如可為64kbps ( DS0 )的j氐反應 時間信道。緩沖可加在連結的兩端以適應數據包丟失和重發。示例性移動LMU225可放置在各種平臺上以提供靈活的覆蓋。例如， 如果示例性移動LMU225放置在航空器上，則該航空器可包括一定的互連 以幫助其運行。此外，移動平臺可裝配有成像裝置(沒有顯示)，以提供 在移動平臺的視野範圍內的周圍地區的影像。該影像可與LMU所接收的 定位數據結合使用，以準確檢測無線設備的位置。圖3是根據本發明描述移動LMU330的示例性部署配置的示意圖。互 連可包括用於雙波段移動LMU330、外部GPS接收器320、安裝在機身上 的外部GPS天線裝置器370、成^^裝置350和成像處理單元355的功率、 在航空器上可提供天空的清晰;現野的位置處的^L載GPS天線370的配線導 管、在航空器上可提供地面的清晰視野的位置處的雙波段上行鏈路/下行鏈 路天線接口單元340的安裝在機身上的外部蜂窩-PCS天線裝置器380、以 及用於與基於地面的SMLC (沒有顯示)通訊的到通訊連結360的天線互 連390。基於地面的裝置還可給地對空通訊提供基於航空器的通訊連結 360。與基於地面的SMLC通過界面連接的該裝置可允許SMLC控制並分 派任務給移動LMU330，以從移動LMU330獲得用於定位處理的數據。移動LMU330可通過無線電連結取得與SMLC的連接性。例如，高速 X波段802.11b通訊連結可提供這樣的連接性。進一步地，可使用到移動 LMU的單個低反應時間64kbps數據管道(data pipe )。這兩種系統元件可 用30毫秒緩衝器改裝以考慮數據包丟失和重發延遲。航空器還可裝配有 幫助;險測無線設備的位置的成像裝置350和成像處理單元355。成^f象裝置 350和成像處理單元355可與移動LMU結合使用，或可用於單獨補充靜止14時刻發射被不同的接收器接收的 信號。U-TDOA算法不需要知道行動電話何時發射信號；相反，它使用接 收器對之間的時間差作為基本測量，產生如圖4示意性示出的雙曲線數據。 圖4表示對於所測量的時間差，手持機離每個接收器的所有可能的距離的 示例性視圖。兩個或更多雙曲線的交叉點表示發射信號的行動電話的位 置。圖5描述確定發射信號的無線電話的位置的WLS的示例性曲線。無 線設備的位置由U-TDOA雙曲線的交叉點示出。WLS優選地為高容量基於定位的服務設計。WLS可使用任何可利用 的定位資源(U-TDOA、 AOA、 AGPS (有協助的GPS)和功率測量)，以 儘可能準確和最有收益地執行所請求的定位。在各種以市場為導向的定位 應用和服務的預測中，例證性系統使用抽象原理來將所有的定位請求描繪 成一系列觸發和任務，按需要分配必要的定位資源。因此，系統可將移動 LMU和公共安全功能僅僅作為另 一基於定位的服務來處理。系統可用於各種公共安全應用情況。例如，系統可用於要求"全部網絡 支持"的情況，其中無線操作員的網絡包括在正常商業部署條件下的WLS, 且目標區域當前被商業LMU部署覆蓋。系統還可用於要求"部分網絡支持" 的情況，其中系統安裝只包括基於中心局的SMLC和AMS。雖然可出現 商業上部署的LMU,但LMU的覆蓋區域可能與目標覆蓋區域不一致。因 此，可能需要額外的LMU (即，移動LMU)來覆蓋所關心的區域。在這 種情況下，無線操作員可不提供移動LMU到SMLC的回程和疏導 (grooming)。進一步地，系統可用於被指定為"沒有網絡支持，，的情況，其 中WLS淨皮獨立部署。在這種情況下，WLS通過第三方信號截接(intercept)/ 解密(decrypting)監控系統從無線操作員的網絡或從類似的系統來獲得所需 的任何數據。移動LMU可能需要滿足部分網絡和沒有網絡支持的應用情況。移動LMU提供靈活性，因為它們可被部署到在馬上期望覆蓋的目標區域中可能 目前沒有例如商業上部署的LMU的地區。移動LMU還可在WLS中i真充 空間，其中，例如為了維護的目的而停用商業LMU。移動LMU可為陸地或機載的。移動LMU可實現為完全移動的(例如 安裝在飛機中)或作為臨時的安裝(例如車載基站或COW,或安裝在軟 式飛船(blimp)上)。我們現在將描述一種方法，其可用於提高移動LMU檢測弱的、嘈雜 的、和/或被幹涉破壞的嘈雜的期望信號的能力。很多在多用戶通訊網絡中的網絡控制器將從來自用戶終端的傳輸接收 的數據重發回該終端，作為驗證與網絡控制器通訊的終端就是該用戶的方 法。關於不需要的幹涉和噪聲，通過增強終端的信號，這可用於對幫助定 位無線終端(例如行動電話或類似的無線設備)產生良好效果。(在無線通訊網絡如GSM網絡的情況下，服務的BTS可作為網絡控制器，因此執 行重發功能。)這種情況的出現是因為網絡控制器的信號通常比直接從功 率限制的移動終端發射的信號更易得到和強大。下列例子說明了這個概念。考慮包括分布在一個地理區域各處的多個基站收發器的無線GSM網 絡，GSM網絡在該;也理區域上提供無線通訊覆蓋。在無線網絡中基站的密 度由許多因素決定。通常，基站可在其大致的附近地區為很多無線終端服 務，因此，無線終端的密度比基站的密度大得多。用到達時間差(TDOA) 定位無線終端可產生一個過程，該過程包括在多個時間同步的接收站點接 收無線終端的信號，以及使在這些站點的每個處的信號與該信號的複製相 互關聯以測量準確的到達時間(TOA),這又可用於計算TDOA。(例如見 美國專利號5， 327, 144， 1994年7月5日，"Cellular Telephone Location System";以及美國專利號6， 047, 192， 2000年4月4日，"Robust, Efficient, Localization System"。)然而，得到期望信號(SOI),即，無線終端的信號 的優良的複製通常很難，因為接收站點位於無線終端的相當遠的距離處， 且SOI以低信噪比(SNR)為特徵，即，SOI可能是低功率的，並被來自其它無線終端以及其它噪聲的幹涉所破壞。然而，這些弱的、被幹涉破壞 的信號可被成功地;險測出並被打上時間戳，以便通過將打上時間戳的存儲 器以由上述美國專利描述的方式合併入接收站點來實現無線終端的定位。通過接收SOI並將其儲存在存儲器中以及在以後的某個時間從網絡控制器接收信號，可根據本發明使用類似的處理方法。在無線終端已經將其信號傳輸到網絡控制器之後，SOI的更有效複製的網絡控制器的傳輸可被 影響以促進匹配的複製相關，以便成功地檢測SOI，其中它可能否則太弱或被破壞而不能用於定位處理。這是可能的，因為網絡控制器的信號通常 更強並更少地被幹涉破壞。因此，無線終端傳輸可由從網絡控制器的信號 接收的信息重建，並用於相關過程以在每個接收站點增強儲存在帶有時間戳的存儲器中的SOI。總之，該方法的關鍵方面是在接收站點接收低功率移動終端的信號、將它們儲存在帶有時間戳的存儲器中、在以後的時間從網絡控制器接收SOI的更有效的複製、以及通過^f吏用網絡控制器的SOI的 較高保真度的複製來在存儲器中增強SOI的相關處理。該處理方法可包括 使"強"信號解調以恢復被RF信號傳輸的數字數據，然後重新調製數據以 便提供SOI的高保真度的複製象最初由要被定位的移動終端所傳輸的一 樣。通過使LMU接收的RF信號的儲存副本與高保真度的RF信號複製相 關或互相關，可以確定SOI的準確到達時間。這允許在不可能定位的情況 中通過TDOA確定定位。我們現在處理定位移動終端(MS )的問題，其利用來自飛行器(airborne vehicle)和無人駕駛飛4亍器(UAV)的基於商業領地的GSM無線網絡， 而沒有任何來自網絡的連接或關聯。可為了例如法律實施/軍事/情報應用 而進行這項工作。通過確定SOI的特性可處理該問題，以^更它可用於 TDOA/FDOA和類似的信號處理。上述技術可用於通過監控基站收發器到 行動裝置的傳輸來提取SOI的特性。在GSM網絡中，移動站(MS )通過 控制信道信號來與BTS相互作用，以實現成功的無線電話呼叫和數據傳 輸。為了某些無線業務，BTS在收到自MS接收的數據之後立即在控制信 道上重複該數據。例如，當行動裝置發起呼叫時，行動裝置在控制信道上 傳輸到BTS的CM_SERV—REQ消息中的數據在對所述行動裝置的BTS 的恰好下一個傳輸中被重複而回到所述行動裝置。因為在地理區域上BTS 的密度一般比在同一地理區域上行動裝置的密度小得多，且BTS比行動裝置以更大的功率的傳輸，並比行動裝置利用更有效的天線，BTS傳輸一 般比行動裝置的傳輸更容易在地理區域上的機載平臺中接收到。因此， UAV將接收從BTS到行動裝置的傳輸，且從這些接收到的傳輸中提取移 動設備的信息。該信息可用於通過UAV中的無線電接收器來增強移動設 備的傳輸的接收。然而，在行動裝置傳輸該信息之後BTS傳輸它，所以一 種機制用來在UAV記錄行動裝置的傳輸，因此在該信息被UAV從BTS 接收之後可處理這些傳輸。這個處理方法的基本步驟是(1 )在UAV從 行動裝置接收和記錄傳輸；(2 )在UAV從BTS接收和記錄傳輸；(3 )從 來自BTS的傳輸提取行動裝置的信息；以及(4)利用該信息以增強從移 動設備接收的傳輸。
本方法還可應用於在UAV上自適應天線陣列的使用，以同時在UAV 增強行動裝置的信號，而且通過由自適應天線陣列提供的空間過濾來在相 同的頻率上減少來自不希望有的行動裝置的幹擾的影響。
K殳備)LMU中？文進葉T萬^r觀' 法的例證性實現可包括在所有所涉及的UAV上使用上行鏈路和下行鏈路 接收器，所述UAV覆蓋期望的頻帶。這在圖6的流程圖中示出。上行鏈 路和下行鏈路接收器通過使用GPS定時接收器彼此時間和頻率同步。步驟 包括
1. 以期望的GSM網絡的設計使UAV中的接收器同步(400 )。
2. 在主要的UAV上從BTS接收AGCH傳輸，這通知期望的移動設 備頻率和時隙以用於與BTS通訊(410)。
3. 將上行鏈路接收器調整到從AGCH得到的頻率和時隙信息，並開 始記錄上行鏈路數據(420)。
4. 開始記錄BTS下行鏈if各數據(430 )。
5. 在UAV上從BTS接收傳輸，該傳輸是先前從行動裝置傳輸的數據 的複製，且現在根據其上行鏈路傳輸被記錄(440)。
6. 從BTS下行鏈路傳輸提取行動裝置的信息，並利用它來增強在每 個UAV儲存的SOI ( 450 )。
7. 用TDOA/FDOA和/或類似的技術來定位行動裝置(460)。潛論
本發明的確切範圍不限於這裡公開的例證性和目前優選的實施例。例
如，無線定位系統的前述公開使用解釋性的術語，如網絡控制器、LMU、 BTS、 BSC、 SMLC等等，其不應被這樣解釋以致於限制本申請的保護範 圍，或否則暗示無線定位系統的創造性方面限於所公開的特定方法和裝 置。而且，正如本領域技術人員所理解的，這裡公開的^L多創造性方面可 應用於不以TDOA技術為基礎的定位系統。在這樣的非TDOA系統中， 上述SMLC不需要執行TDOA計算。類似地，本發明不限於使用以特定 的方式構造的LMU的系統，或使用特定類型的接收器、計算機、信號處 理器等的系統。LMU、 SMLC等本質上是可編程的數據收集和處理設備， 其可採取各種形式而不偏離這裡公開的創造性概念。假定快速降低數字信 號處理和其它處理功能的成本，例如為了特定的功能將該處理從這裡所述 的一個功能元件(如SMLC)傳遞到另一個功能元件(如LMU)而不改變 系統的創造性實施無疑是可能的。在很多情況下，這裡所述的實現的位置 (即，功能元件)僅僅是設計者的喜好，而不是硬性要求。因此，除非它 們可能被特意地如此限制，保護範圍不意味著限於上述特定的實施例。
此外，這裡對控制信道或語音信道的任何參考指所有類型的控制或語 音信道，無論對特定空中接口的優選術語是什麼。而且，有^f艮多在全世界 l吏用的更多類型的空中接口 (如IS-95CDMA、 CDMA2000、 UMTS和 W-CDMA),且除非指明國家，沒有從本說明書中描述的發明原理排除任 何空氣接口的意圖。實際上，本領域技術人員將認識到，在其它地方使用 的其它接口是上面描述的接口的派生或在種類上與之類似。
權利要求
1. 一種無線定位系統(WLS)，包括移動平臺，其支持移動定位測量單元(LMU)和全球定位系統(GPS)模塊，其中所述GPS模塊配置成提供時間和頻率參考以及表示所述移動LMU的位置和速度的數據。
2. 如權利要求l所述的系統，其中所述移動平臺包括航空器。
3. 如權利要求1所述的系統，其中所述移動平臺包括基於地面的交 通工具。
4. 如權利要求1所述的系統，其中所述移動LMU包括接收器和存儲 器，所述接收器配置成從無線設備接收射頻(RF)傳輸，所述存儲器用於 儲存接收的傳輸的數據樣本。
5. 如權利要求4所述的系統，進一步包括處理器，所述處理器用於 使表示接收的傳輸的儲存數據與所述接收的傳輸的複製相關。
6. 如權利要求5所述的系統，進一步包括用於從基站收發器接收下 行鏈路信號和用於從所述下行鏈路信號獲得所述複製的裝置。
7. 如權利要求5所述的系統，進一步包括用於從網絡控制器接收下 行鏈路信號並從所述下行鏈路信號獲得所述複製的裝置。
8. 如權利要求1所述的系統，進一步包括在已知位置的至少一個固 定LMU,其中所述至少一個固定LMU和所述移動LMU配置成彼此時間 和頻率同步。
9. 如權利要求8所述的系統，其中所述至少一個固定LMU與蜂窩基 站裝置並置，以允許共享包括天線、環境控制的封閉空間、功率和回程通 訊資源的資源。
10. 如權利要求8所述的系統，其中所述移動LMU和所述固定LMU 配置成在一段時間內從無線設備接收射頻(RF)傳輸，以允許通過到達時 間差(TDOA)和到達頻率差(FDOA)處理來確定其位置和速度。
11. 如權利要求10所述的系統，其中為了通過TDOA和FDOA處理 來確定所述無線設備的位置和速度，所述系統配置成使得多個LMU在一 段時間內從所述無線設備接收信號，且每個LMU的所述位置和速度在所述信號被接收的時間期間是已知的。
12. 如權利要求l所述的系統，其中所述移動平臺進一步包括天線和 接收器，所述天線和接收器配置成接收來自基站的下行鏈路傳輸、來自移 動站的上行鏈路傳輸、和GPS信號。
13. 如權利要求l所述的系統，其中所述移動平臺進一步包括無線通 訊連結，所述無線通訊連結配置成從地面站接收命令和控制信號，並向所 述移動LMU提供所述命令和控制信號。
14. 如權利要求l所述的系統，其中所述至少一個移動平臺包括成像 設備，所述成像設備配置成提供被部署有要被定位的無線設備的地理區域 的影像。
15. 如權利要求14所述的系統，進一步包括用於將由所述WLS提供 的所述無線設備的位置與所述影像聯繫起來的裝置，由此提供關於所述無 線設備的所述位置的附加信息。
16. 如權利要求14所述的系統，其中所述成像設備能夠紅外成像。
17. 如權利要求l所述的系統，其中所述移動平臺包括航空器；其中 所述移動LMU包括接收器和存儲器，所述接收器配置成從無線設備接收 射頻(RF)傳輸，所述存儲器用於儲存接收的傳輸的數據樣本；進一步包 括處理器，所述處理器用於使表示接收的傳輸的儲存數據與所述接收的傳 輸的複製相關；進一步包括用於從基站收發器接收下行鏈路信號和用於從 所述下行鏈路信號獲得所述複製的裝置；進一步包括在已知位置的至少一 個固定LMU，其中所述至少一個固定LMU和所述移動LMU配置成4皮此 時間和頻率同步；其中所述至少一個固定LMU與^fe奪窩站點裝置並置，以 允許共享包括天線、環境控制的封閉空間、功率和回程通訊資源的資源； 其中所述移動LMU和所述固定LMU配置成在一^殳時間內從無線設備4妄收 射頻(RF )傳輸，以允許通過到達時間差(TDOA)和到達頻率差(FDOA ) 處理來確定其位置和速度；其中為了通過TDOA和FDOA處理來確定所 述無線設備的位置和速度，所述系統配置成使得多個LMU在一段時間內 從所述無線設備接收信號，且每個LMU的所述位置和速度在所述信號被 接收的時間期間是已知的；其中所述移動平臺包括天線和接收器，所述天 線和接收器配置成接收來自基站的下行鏈路傳輸、來自移動站的上行鏈路 傳輸、和GPS信號；其中所述移動平臺進一步包括無線通訊連結，所述無線通訊連結配置成從地面站接收命令和控制信號，並向所述移動LMU提 供所述命令和控制信號；其中所述至少一個移動平臺包括成像設備，所述成像設備配置成提供被部署有要被定位的無線設備的地理區域的影像；以 及進一步包括用於將由所述WLS提供的所述無線設備的位置與所述影像 聯繫起來的裝置。
18. —種用於定位移動站(MS)的方法，所述移動站在被無線定位系 統(WLS)覆蓋的地區內操作，所述方法包括在至少三個地理上分離的信號收集站點從所述MS接收傳輸；以及 處理所述接收的傳輸以使用到達時間差(TDOA)來估計所述MS的位置，其中至少一個所述信號收集站點包括由移動平臺提供的移動定位測量單元(LMU)。
19. 如權利要求18所述的方法，進一步包括提供包圍所述MS的所述 位置的區域的圖像，以與所述MS的所估計的位置比較。
20. 如權利要求19所述的方法，其中所述圖像被記錄並被保存。
21. 如權利要求18所述的方法，進一步包括通過使用安裝在所述移 動平臺上的GPS模塊來提供時間和頻率參考以及所述移動LMU的三維位 置和速度。
22. 如權利要求21所述的方法，進一步包括當使用到達時間差 (TDOA )來估計所述MS的所述位置時，補償所述移動LMU的所述三維位置和速度。
23. 如權利要求18所述的方法，進一步包括數位化並儲存由所述移 動LMU接收的所述MS傳輸，以及然後使所述儲存的傳輸與所述MS傳 輸的複製相關。
24. 如權利要求23所述的方法，進一步包括從來自基站收發器的下 行鏈路傳輸得到所述複製。
25. 如權利要求23所述的方法，進一步包括從來自網絡控制器的下 行鏈路傳輸得到所述複製。
26. —種用於無線定位系統(WLS)的移動系統，包括由移動平臺 提供的定位測量單元(LMU);以及由所述移動平臺提供並操作性地耦合 到所述移動LMU的GPS模塊，其中所述GPS模塊確定所述移動LMU的所述三維位置和速度。
27. 如權利要求26所述的移動系統，其中所述移動平臺包括航空器。
28. 如權利要求26所述的移動系統，其中所述移動LMU配置成從無 線設備接收射頻(RF )傳輸。
29. 如權利要求28所述的移動系統，其中所述移動平臺包括天線， 所述天線配置成接收來自基站收發器的下行鏈路傳輸、來自移動站的上行 鏈路傳輸、和GPS信號。
30. 如權利要求29所述的移動系統，其中所述移動平臺進一步包括 無線通訊連結，所述無線通訊連接配置成向所述移動LMU提供命令和控 制信號。
31. 如權利要求26所述的移動系統，其中所述移動平臺進一步包括 成像設備。
32. 如權利要求31所述的移動系統，進一步包括用於將所述無線設 備的所述位置與由所述成像設備獲得的影像聯繫起來的裝置。
33. 如權利要求31所述的移動系統，其中所述成像設備配置成提供 紅外影像。
34. 如權利要求26所述的移動系統，其中所述移動LMU包括接收器 和存儲器，所述接收器配置成從無線設備接收射頻(RF)傳輸，所述存儲 器用於儲存接收的傳輸的數據樣本；以及進一步包括處理器，所述處理器 用於使表示接收的傳輸的儲存數據與所述接收的傳輸的複製相關。
35. 如權利要求34所述的移動系統，進一步包括用於接收下行鏈路 信號並從所述下行鏈路信號獲得所述複製的裝置。
全文摘要
移動LMU可用於無線定位系統以在缺少足夠的接收器覆蓋的區域中提供檢測覆蓋。移動LMU可用於在一段時間內檢測來自無線手持機和設備的射頻(RF)傳輸，以允許確定其位置。移動LMU的時間、位置和速度被計算並與從無線設備接收的任何傳輸一起被傳輸到SMLC。SMLC分析並分解出無線設備的都卜勒分量，同時補償移動LMU的都卜勒分量。可將無線設備的位置和速度與被移動LMU平臺拍攝的實時影像相比較，以準確確定無線設備的位置。為了增強移動LMU檢測可能很弱和/或被噪聲破壞的期望信號的能力，可使用一種低功率移動終端的信號在接收站點被接收並被儲存在存儲器中的處理方法。然後，在稍後的時間，從網絡控制器或BTS接收SOI的更有效的複製，且這被用於在存儲器中增強SOI的相關性處理。
文檔編號G01S19/46GK101523236SQ200680018491
公開日2009年9月2日 申請日期2006年4月7日 優先權日2005年4月8日
發明者託馬斯·史蒂芬·吉恩特, 傑弗裡·F·布爾, 羅伯特·J·安德森, 馬修·L·沃德 申請人:真實定位公司