CN101025440A - Gps与移动通信网络复合定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GPS与移动通信网复合定位方法，包括：在定位服务器的数据器中预先存储定位设备终端在不同位置接收的GPS位置信息和NMR数据的数据对，由此建立所述NMR数据与相应GPS位置信息相关联(或者建立映射关系)的基础位置数据库；当定位设备终端响应定位请求进行定位或者自动进行定位时，首先通过GPS模块接收GPS卫星信号进行定位，由此得到定位设备终端的位置信息；当所述GPS模块由于某种原因(例如遮挡)不能接收GPS卫星信号时，所述定位设备终端通过无线通信设备将NMR数据发送给定位服务器，由定位服务器从它的基础位置数据库中检索与所接收的NMR数据匹配的预先存储的NMR数据，由此得到定位设备终端的位置信息。

Description

GPS与移动通信网络复合定位方法
技术领域
本发明发明涉及一种复合定位方法，特别涉及在GSM网络信号覆盖的区域内，通过GSM网络基站数据或GPS卫星数据对定位终端设备进行位置确定的GPS与移动通信网络复合定位方法。
背景技术
目前，广泛采用的定位技术为GPS定位和移动通信网络基站定位。GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息，此即为GPS的基本定位原理。移动通信网络定位通常有：到达角度(AOA)、到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)和多路径鉴别标志等几种技术解决方案。
GPS定位的缺陷是，在没有卫星信号时，定位终端就会失去定位功能。而移动通信网络定位技术的缺陷是定位精度不高，一般在200米到500米，在基站稀少的地方定位精度就更不高了，其实用性不能满足用户的需求。
发明内容
为了克服GPS和移动通信网络定位技术所存在的缺陷，本本发明提供了一种GPS与网络复合定位方法，该复合定位方法可以在没有卫星信号覆盖的区域利用移动通信网络信号为用户提供精确的定位服务。
根据本发明的第一方面，提供了一种GPS与移动通信网复合定位方法，该方法包括以下步骤：
在定位服务器的数据器中预先存储定位设备终端在不同位置接收的GPS位置信息和NMR数据的数据对，由此建立所述NMR数据与相应GPS位置信息相关联(或者建立映射关系)的基础位置数据库；
当定位设备终端响应定位请求进行定位或者自动进行定位时，首先通过GPS模块接收GPS卫星信号进行定位，由此得到定位设备终端的位置信息；
当所述GPS模块由于某种原因(例如遮挡)不能接收GPS卫星信号时，所述定位设备终端通过无线通信设备将NMR数据发送给定位服务器，由定位服务器从它的基础位置数据库中检索与所接收的NMR数据匹配的预先存储的NMR数据，由此得到定位设备终端的位置信息。
上述的GPS位置信息是经纬度坐标值。
当所述GPS模块(由于某种原因在短时间内)不能接收GPS卫星信号时，所述定位设备终端将卫星信号消失时所记录的最后一个经纬度坐标值与NMR数据作为一组相关数据对，经由所述无线通信设备发送到定位服务器并保持在基础位置数据库中，以便在卫星信号消失后的短时间内，利用该NMR数据快速得到定位设备终端的位置信息。
其中，所述定位设备终端的无线通信设备可以通过SMS或GPRS向所述定位服务器上传所述GPS定位数据和NMR数据对，或者上传所述NMR数据。
其中，所述无线通信设备是GSM模块或者CDMA模块。
根据本发明的第二方面，提供了一种GPS与移动通信网复合定位方法，包括以下步骤：
在定位服务器的数据器中预先存储定位设备终端在不同位置接收的GPS位置信息和NMR数据的数据对，由此建立所述NMR数据与相应GPS位置信息相关联的基础位置数据库；
当定位设备终端响应定位请求进行定位或者自动进行定位时，所述定位设备终端通过无线通信设备将NMR数据发送给定位服务器，由定位服务器从它的基础位置数据库中检索与所接收的NMR数据匹配的预先存储的NMR数据，由此得到定位设备终端的位置信息。
上述的GPS位置信息是经纬度坐标值。
与本发明的第一方面相比，本发明的第二方面利用预先建立的NMR数据与相应GPS位置信息相关联的基础位置数据库，从当前的NMR数据得到位置信息，而不需要在定位设备终端中设置GPS模块，因此可以降低定位设备终端的成本。
根据本发明的第三方面，提供了一种GPS与移动通信网复合定位方法，包括以下步骤：
当定位设备终端响应定位请求进行定位或者自动进行定位时，首先通过GPS模块接收GPS卫星信号进行定位，由此得到定位设备终端的经纬度；
当所述GPS模块不能接收GPS卫星信号时，所述定位设备终端通过无线通信设备将NMR数据发送给定位服务器，由定位服务器利用所接收的NMR数据算出定位设备终端的经纬度。
本发明利用的NMR数据是ETSI/GSM04.08(9.1.20)定义的网络测量报告(network measurement report)的测量结果部分(参见ETSI/GSM04.08(10.5.2.11))，该NMR数据包括：服务小区身份标识；移动台接收的服务小区信号强度；服务小区广播信道/频率和基站识别码；六对邻近小区广播信道/频率和基站识别码；移动台接收的六个邻近小区的信号强度。
需要说明的是，利用从定位设备终端接收的NMR数据计算定位设备位置的方法属于现有技术，例如中国发明专利申请公开CN1320001A就公开了几种这样的算法。当然还可以根据NMR数据的上述五种参数，建立更合适的算法来计算所述位置的经纬度。
利用本发明的第三方面的定位方法，可以节省建立基础位置数据库的成本，同时也可以弥补当GPS卫星信号消失时，不能进行定位的缺陷。
本发明的第一和第二方面利用预先建立的NMR数据与相应GPS位置信息相关联的基础位置数据库，将移动通信网络定位精度提高到了50米左右(67％的时间内)。这是因为，目前的CELL-ID(小区定位)、AOA(到达角度)、TOA(到达时间)、E-OTD(增强观测时间差分)、MF(多路径指纹)、A-GPS(辅助GPS)等移动通信网络定位方式都没有考虑实际的网络环境，都是在理想网络环境下做出的计算方法，而本发明充分考虑了当前的网络环境模型，利用先验参数确定位置信息，从而使定位精度大大提高。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1示出了实现本发明的GPS与移动通信网复合定位方法的基本硬件配置。
具体实施方式
图1的上部示出了本发明的定位设备终端的基本结构。本发明的定位设备终端主要包括：
接收GPS卫星信号并从GPS卫星信号确定位置信息的GPS模块；
与移动通信网络进行通信的无线通信设备，该设备可以是接收/发送数据的GSM模块或CDMA模块，特别是，该无线通信设备可以将GPS位置信息与NMR数据打成数据包发送给位置服务中心；以及
控制上述GPS模块、无线通信模块(如GSM模块)操作的微处理器，该微处理器按照程序执行下面将要说明的本发明的部分方法。一般来说，所述微处理器根据通过移动通信网络接收的由位置服务中心发送的定位请求的控制命令，控制GPS模块进行定位操作，或者在不能接收卫星信号时，控制GMS模块向位置服务中心发送NMR数据；此外，所述微处理器还定期地自动控制GPS模块进行定位操作或控制GSM模块发送NMR数据。
图1的下部示出了本发明的位置服务中心的基本结构，包括：通过移动网络的短信网关或GPRS网元发出定位请求控制命令、接收数据包的位置服务网关；以及计算位置信息的位置计算服务器，该位置计算服务器包括一个预先存储定位设备终端在不同位置接收的GPS位置信息和NMR数据的数据对，使所述NMR数据与相应GPS位置信息相关联(例如通过映射建立相关联的关系)的基础位置数据库(图中未示出)。
在具体操作中，上述定位设备终端响应定位命令(命令由以下引起：短信命令、GPRS命令、硬件按键)，定位设备终端将会向GPS模块索取数据，如果此时定位设备终端可以收到卫星信号，并向GSM模块索取NMR数据，将GPS数据及NMR网络数据打包成为相应的数据包回传给定位服务中心，如果使用短信方式回传数据，则经过联通、移动短信网关，然后再到定位服务中心；如果使用GPRS方式回传数据，则直接连接定位服务中心。定位服务中心，再根据具体情况解析数据包，解析或计算出X、Y经纬度。
本发明的定位服务中心可以有以下解算方法：
如果定位数据包中包含GPS位置信息和NMR网络参数信息，则定位服务中心认为GPS信号很好，使用这个GPS经纬度作为定位终端的位置。并将此数据包保存在位置服务网关的数据库中，作为基础位置数据。
如果定位数据包中没有包含有效的GPS位置信息，但包含NMR网络参数信息，则位置服务中心解算NMR数据包，从置服务网关的数据库中的基础位置数据表，匹配NMR数据包。找到相似的NMR数据包，并找到与此条记录对应的X、Y经纬度，作为当前定位器位置。
下面介绍本发明的一个具体定位实例：
当定位设备终端的使用者通过操作键盘发出警报时或响应定位请求时，定位设备终端将会向GPS模块索取数据，如果此时定位设备终端可以收到卫星信号，则通过GPS就可以确定定位设备终端的位置，当GPS信号消失后一段时间(用户可以自己设定时长)，定位设备终端通过短信或者GPRS上传NMR数据(网络测量报告)和GPS卫星数据消失时定位终端里记录的最后一个经纬度坐标值到位置服务的中央服务器并保存在中央服务器的数据库内，这组相关数据就是确定位置的基础数据，如果此时用户通过操作键盘发出警报或响应定位请求，则定位设备终端仅需上传NMR数据到位置服务中央服务器即可，位置服务中央服务器会通过匹配找到含有经纬度坐标的相近的NMR数据，此时该经纬度坐标即是定位设备终端的位置。
如果定位设备终端在进入没有GPS信号区域后还没有上传包含经纬度坐标值的NMR数据时就被关机，当开机后，定位设备终端响应或发出定位请求，则必须进入有GPS信号的区域重新启动定位设备终端，然后才能对定位设备终端进行位置确定。如果没有进入有GPS信号的区域重新启动定位设备终端，而是在没有GPS信号的区域重新开机，则定位设备终端会自动将GMS模块采集的NMR数据发送到位置服务中央服务器，位置服务中央服务器会对定位设备终端上传NMR数据进行多参数计算并得出位置结果，然后通过GMS网络将位置结果发送给定位请求者。
本发明的方法基于以下考虑：定位设备终端发起或响应定位请求时，定位终端首先向GPS模块进行查询，如果定位终端处于可接收到GPS信号的状态，GPS模块可以计算定位器的位置，此时，GPS的结果就是定位终端的定位结果；当GPS卫星数据消失后，定位设备终端通过短信或者GPRS上传NMR数据(网络测量报告)和GPS卫星数据消失时定位终端里记录的最后一个经纬度坐标值到位置服务的中央服务器，位置服务的中央服务系统将NMR数据(网络测量报告)和GPS卫星数据消失时定位终端里记录的最后一个经纬度坐标值作为一组相关的数据记录在数据库中，此做法目的在于提高计算速度，当手机在无GPS无信号的时候需要再次定位的时候，只需先比对当前NMR数据包的数据，如果数据相近，无须计算，肯定是在卫星消失前的这个位置没有移动，如果有很大差别，就需要重新根据NMR数据报告，计算新的经纬度。当没有GPS卫星数据，定位终端需要发出或响应定位请求时，定位终端将通过短信或者GPRS上传NMR数据(网络测量报告)到位置服务中央服务器。当需要发送NMR报告的时候，定位终端首先通过GPRS连接位置服务中央服务器，如果无GPRS网络或连接不上GPRS网络，则自动使用短信的方式发送到位置服务中央服务器，当连续10次不能使用GPRS网络传输数据的时候，关闭GPRS通道，以后直接使用短信传输数据，直至下次重新开机。通过无线电信号匹配技术，位置服务中央服务器将得到的NMR数据与数据库里存储的带有经纬度坐标的NMR数据进行匹配，找到相匹配的NMR数据后，即把与此NMR数据相关联的经纬度坐标发送到定位请求者，达到对定位设备终端的位置确定；当定位终端设备在室内或其他没有GPS信号的地方关机后再开机，定位设备终端将不能寻到卫星且不能依靠GPS卫星进行定位服务，这时依据包含经纬度坐标的NMR数据进行匹配，同样可以对定位设备终端进行位置确定。
通过以上分析，本领域的普通技术人员可以概括出本发明的以下三种定位方法：
第一种定位方法利用基础位置数据库、GPS位置信息、NMR数据进行定位，包括以下步骤：
在定位服务器的数据器中预先存储定位设备终端在不同位置接收的GPS位置信息和NMR数据的数据对，由此建立所述NMR数据与相应GPS位置信息相关联(或者建立映射关系)的基础位置数据库；
当定位设备终端响应定位请求进行定位或者自动进行定位时，首先通过GPS模块接收GPS卫星信号进行定位，由此得到定位设备终端的位置信息；
当所述GPS模块由于某种原因(例如遮挡)不能接收GPS卫星信号时，所述定位设备终端通过无线通信设备将NMR数据发送给定位服务器，由定位服务器从它的基础位置数据库中检索与所接收的NMR数据匹配的预先存储的NMR数据，由此得到定位设备终端的位置信息。
上述的GPS位置信息是经纬度坐标值。
当所述GPS模块(由于某种原因在短时间内)不能接收GPS卫星信号时，所述定位设备终端将卫星信号消失时所记录的最后一个经纬度坐标值与NMR数据作为一组相关数据对，经由所述无线通信设备发送到定位服务器并保持在基础位置数据库中，以便在卫星信号消失后的短时间内，利用该NMR数据快速得到定位设备终端的位置信息。
其中，所述定位设备终端的无线通信设备可以通过SMS或GPRS向所述定位服务器上传所述GPS定位数据和NMR数据对，或者上传所述NMR数据。
其中，所述无线通信设备是GSM模块或者CDMA模块。
本发明的第二种定位方法利用基础位置数据库、NMR数据进行定位，包括以下步骤：
在定位服务器的数据器中预先存储定位设备终端在不同位置接收的GPS位置信息和NMR数据的数据对，由此建立所述NMR数据与相应GPS位置信息相关联的基础位置数据库；
当定位设备终端响应定位请求进行定位或者自动进行定位时，所述定位设备终端通过无线通信设备将NMR数据发送给定位服务器，由定位服务器从它的基础位置数据库中检索与所接收的NMR数据匹配的预先存储的NMR数据，由此得到定位设备终端的位置信息。
上述的GPS位置信息是经纬度坐标值。
与本发明的第一种定位方法相比，本发明的第二种定位方法利用预先建立的NMR数据与相应GPS位置信息相关联的基础位置数据库，从当前的NMR数据得到位置信息，而不需要在定位设备终端中设置GPS模块，因此可以降低定位设备终端的成本。
本发明的第三种定位方法利用GPS位置信息和NMR数据进行定位，包括以下步骤：
当定位设备终端响应定位请求进行定位或者自动进行定位时，首先通过GPS模块接收GPS卫星信号进行定位，由此得到定位设备终端的经纬度；
当所述GPS模块不能接收GPS卫星信号时，所述定位设备终端通过无线通信设备将NMR数据发送给定位服务器，由定位服务器利用所接收的NMR数据算出定位设备终端的经纬度。
这里利用的NMR数据是ETSI/GSM04.08(9.1.20)定义的网络测量报告(network measurement report)的测量结果部分(参见ETSI/GSM04.08(10.5.2.11))，该NMR数据包括：服务小区身份标识；移动台接收的服务小区信号强度；服务小区广播信道/频率和基站识别码；六对邻近小区广播信道/频率和基站识别码；移动台接收的六个邻近小区的信号强度。
需要说明的是，利用从定位设备终端接收的NMR数据计算定位设备位置的方法属于现有技术，例如中国发明专利申请公开CN1320001A就公开了几种这样的算法。当然还可以根据NMR数据的上述五种参数，建立更合适的算法来计算所述位置的经纬度。
利用本发明的第三种定位方法，可以节省建立基础位置数据库的成本，同时也可以弥补当GPS卫星信号消失时，不能进行定位的缺陷。
此外，本发明的第一和第二种定位利用预先建立的NMR数据与相应GPS位置信息相关联的基础位置数据库，将移动通信网络定位精度提高到了50米左右(67％的时间内)。这是因为，目前的CELL-ID(小区定位)、AOA(到达角度)、TOA(到达时间)、E-OTD(增强观测时间差分)、MF(多路径指纹)、A-GPS(辅助GPS)等移动通信网络定位方式都没有考虑实际的网络环境，都是在理想网络环境下做出的计算方法，而本发明充分考虑了当前的网络环境模型，利用先验参数确定位置信息，从而使定位精度大大提高。
本发明的有益效果是，在GSM网络信号覆盖的区域内，可以进行无盲区的位置服务，在室内或其他没有GPS信号的地方关机后再开机后对定位设备终端的位置确定。同时通过对双模定位终端上传的NMR数据的解析计算，提高了定位精度，使定位终端的个人应用和行业应用得以实现。

Claims (10)

1、一种GPS与移动通信网复合定位方法，包括以下步骤：
在定位服务器的数据器中预先存储定位设备终端在不同位置接收的GPS位置信息和NMR数据的数据对，由此建立所述NMR数据与相应GPS位置信息相关联的基础位置数据库；
当定位设备终端响应定位请求进行定位或者自动进行定位时，首先通过GPS模块接收GPS卫星信号进行定位，由此得到定位设备终端的位置信息；
当所述GPS模块不能接收GPS卫星信号时，所述定位设备终端通过无线通信设备将NMR数据发送给定位服务器，由定位服务器从它的基础位置数据库中检索与所接收的NMR数据匹配的预先存储的NMR数据，由此得到定位设备终端的位置信息。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述的GPS位置信息是经纬度坐标值。
3、根据权利要求1、2所述的方法，其中，当所述GPS模块不能接收GPS卫星信号时，所述定位设备终端将卫星信号消失时所记录的最后一个经纬度坐标值与NMR数据作为一组相关数据对，经由所述无线通信设备发送到定位服务器并保持在基础位置数据库中，以便在卫星信号消失后的短时间内，利用该NMR数据快速得到定位设备终端的位置信息。
4、根据权利要求1、3所述的方法，其中，所述定位设备终端的无线通信设备通过SMS或GPRS向所述定位服务器上传所述GPS定位数据和NMR数据对，或者上传所述NMR数据。
5、根据权利要求1、3所述的方法，其中，所述无线通信设备是GSM模块。
6、根据权利要求1、3所述的方法，其中，所述NMR数据包括：
服务小区身份标识；
移动台接收的服务小区信号强度；
服务小区广播信道/频率和基站识别码；
六对邻近小区广播信道/频率和基站识别码；
移动台接收的六个邻近小区的信号强度。
7、一种GPS与移动通信网复合定位方法，包括以下步骤：
在定位服务器的数据器中预先存储定位设备终端在不同位置接收的GPS位置信息和NMR数据的数据对，由此建立所述NMR数据与相应GPS位置信息相关联的基础位置数据库；
当定位设备终端响应定位请求进行定位或者自动进行定位时，所述定位设备终端通过无线通信设备将NMR数据发送给定位服务器，由定位服务器从它的基础位置数据库中检索与所接收的NMR数据匹配的预先存储的NMR数据，由此得到定位设备终端的位置信息。
8、根据权利要求7所述的方法，其中，所述的GPS位置信息是经纬度坐标值。
9、一种GPS与移动通信网复合定位方法，包括以下步骤：
当定位设备终端响应定位请求进行定位或者自动进行定位时，首先通过GPS模块接收GPS卫星信号进行定位，由此得到定位设备终端的经纬度；
当所述GPS模块不能接收GPS卫星信号时，所述定位设备终端通过无线通信设备将NMR数据发送给定位服务器，由定位服务器利用所接收的NMR数据算出定位设备终端的经纬度。
10、根据权利要求7、9所述的方法，其中所述NMR数据包括：
服务小区身份标识；
移动台接收的服务小区信号强度；
服务小区广播信道/频率和基站识别码；
六对邻近小区广播信道/频率和基站识别码；
移动台接收的六个邻近小区的信号强度。
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