CN101194142A

CN101194142A - 大气模型

Info

Publication number: CN101194142A
Application number: CNA2006800208732A
Authority: CN
Inventors: K·M·T·阿朗南; J·M·卡皮; J·T·西尔雅兰纳
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2008-06-04
Also published as: MY145236A; EP1893944A2; GB0511942D0; US20070016346A1; WO2006134500A3; JP2008544216A; RU2008100150A; JP4612720B2; TW200704917A; WO2006134500A2; EP1893944B1; EP1893944A4; US7751949B2; TWI417523B

Abstract

本发明涉及一种与时间和位置有关的大气模型，尤其涉及基于这种模型和在终端位置处测量的大气压力来确定移动终端的高度。该大气模型提供长时期的、宽区域的大气压力模型估算。

Description

大气模型

技术领域

本发明涉及大气模型，尤其涉及使用与时间和位置有关的宽区域、长时期的大气模型。本发明还涉及一种相应的终端、系统、网元、软件代码和软件程序产品。

背景技术

压力传感器或者气压计是一种用来测量大气压力的仪器。大气压力是指在地球大气中任何区域上方的压力，并且其由空气重力所引起。大气压力随着高度的增加而减小，因为当海拔增加时，存在有较少的空气分子。

术语大气压力指的是由地球周围的空气重力产生的压力。由于空气的可压缩性，而导致作为高度函数的压力不是线性函数；高度越低，大气越稠密。大气也是不均匀的，因山峦和低谷产生高压和低压区域。气象学家使用的气压计读数测量大气压力，并且一般对海平面是归一化的。绝对压力转换器转换归一化的海平面压力为当前高度的大气压力。如果归一化的海平面压力和当前高度是已知的，则可以实现该转换。

当涉及地球表面上的大气中物体的垂直高度时，通常使用压力高度来表示。实际上是环境压力指示的压力高度根据高度来表示，在该高度处压力将存在于由国际标准大气(ISA)定义的标准日。

此外，地球上的大气压力条件变化范围大，而且这些变化在研究天气和气候上是重要的。大气压力还表现出昼夜规律。这种影响在热带地区非常强烈，而在极地几乎为零。气压计可以分为两个不同的种类：液体和气体气压计。液体气压计可被进一步分为基于水的和汞的气压计。

全球导航卫星系统(GNSS)可被用来确定接收机的位置。该系统的例子为美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和欧洲的Galileo，其中GPS和GLONASS当前正在工作，而Galileo计划在2008年全面使用。全球导航卫星系统的一个缺陷是高度测量固有地不如水平测量精确。该原因是几何学原因，即为了获得精确的高度测量，卫星应当几乎在顶空。不过，这种情况并非经常出现。

由LUCENT TECHNOLOGIES有限公司于2000年11月20日申请的欧洲专利申请EP1154231公开了一种通信设备和方法，用于利用大气压力测量来估算通信设备更精确的垂直位置或者高度。通信设备利用通信设备处的压力传感器测量本地大气压力，并利用本地测量的大气压力和例如由基站发送的大气压力模型信息来估算通信设备的高度。大气压力模型信息对应于在邻近通信设备的已知海拔处的其他大气压力测量。

如果通信设备的用户频繁移动或者天气快速变化，则问题出现。依据现有技术的解决方案，通信设备的用户应当频繁下载最近的大气压力模型到他们的电话上，以使在变化的天气条件下，校正信息是最新的。

发明内容

本申请人已经认识到有更好地利用大气压力模型或者大气模型的需要。特别是长时期、宽区域的大气压力模型可被更好开发用于各种目的。

依据本发明的第一方面，提供一种利用大气模型和大气压力测量来确定移动终端的高度的方法，其中大气模型提供与时间有关的大气压力估算。

该方法还可包括：大气压力模型提供与位置有关的大气压力估算。

一实施例的优点在于：为了提供最新的大气模型，通信网络不必知道通信设备的位置。此外，不需要频繁地发送大气模型更新。

该方法还可包括，移动终端检测其当前位置。

该方法还可包括，该移动终端检测它的当前位置且将其发送给网元。

该方法还可包括，该移动终端测量其当前位置处的大气压力。

该方法还可包括，移动终端或者网元确定时间测量。

该方法还可包括，该移动终端接收来自网元的大气模型。

该方法还可包括，该移动终端基于测量的大气压力和由大气模型提供的估算来计算其当前高度。

该方法还可包括，该移动终端发送大气压力测量至网元。

该方法还可包括，网元基于大气压力测量和由大气模型提供的估算来计算移动终端的高度。

该方法还可包括，该网元发送高度测量至移动终端。

依据本发明的第二方面，提供一种软件代码，其用来执行依据本发明第一方面的任何方法步骤。

依据本发明的第三方面，提供一种软件程序产品，依据本发明的第二方面的程序代码存储于该软件程序产品中。

依据本发明的第四方面，提供一种移动终端，该移动终端能够利用大气模型和大气压力测量来确定移动终端的高度，其中所述大气模型提供与时间有关的大气压力估算。

依据本发明的第五方面，提供一种能够发送大气模型至移动终端的网元，其中所述大气模型提供与时间有关的大气压力估算。

该网元还可以能够基于大气压力测量和由大气模型提供的估算来确定移动终端的高度，其中所述大气模型提供与时间有关的大气压力估算。

依据本发明的第六方面，提供包括依据本发明的第四和第五方面的移动终端和网元的系统。

附图说明

在结合附图进行考虑时，根据下面详细的说明，本发明的其它特点将变得清楚明了，附图中：

图1示出了接收来自于网络的大气模型的第一通信设备；

图2是示出依据本发明根据第一实施例的方法的流程图；

图3是示出依据本发明的实施例的无线终端的框图；以及

图4是示出依据本发明根据第二实施例的方法的流程图。

具体实施方式

现在描述本发明中的一些实施例。这些具体实施例使用宽区域、长时期大气模型来计算通信设备的高度。该大气模型至少提供与时间有关的大气压力估算。应当注意到，例如，宽区域、长时期的大气模型也可以用来做出天气预测、寻找捕鱼区域等。

图1示出了本发明的具体实施例可以适用的操作环境。具体地，在图1中示出通信设备110，在这种情况下是移动电话手机，其依据本实施例包括气压计。该通信设备110也可以是任意其它电子设备。

图1还示出了两个通信网元。第一网元为接入点120，在这种情况下为基站。该第一网元还可以是任意其它能够与通信设备110通信的接入点。该基站120能依据任意现有的例如GSM、GPRS、EDGE、HSCSD、UMTS、CDMA 2000、IS95等或者将来的蜂窝网络标准工作。可替换地，基站120可作为无线局域网络的接入点，例如802.11标准的任意变型。此外，基站120可以通过任意其它的无线或者有线连接方法连接到移动电话手机。第二网元是服务器130。该第二网元也可以是任意其它能够存储数据且具有与其它网元通信能力的网元。此外，图1包括两颗卫星140。

基站120利用任何合适的通信手段与移动电话手机110进行通信。在该实施例中，基站120使用RF传输以便向移动电话手机110发射信号。因此，移动电话手机接收由基站120发送的传输。移动电话手机还可以发送信号至基站120。因此，通信可以是双向的。服务器130可以物理地定位在与基站120相同的位置。服务器130也可以定位在通信网络中的任何其它合适的位置处。服务器130利用任何合适的通信手段与基站120进行通信。在该实施例中，它通过有线链路与基站120进行通信。卫星140至少跟如下一种进行通信：移动电话手机110和基站120。无线通信链路用于在卫星130和移动电话110之间及在卫星130和基站120之间的信号传输。

图2示出了用于确定移动电话手机110高度的方法。通常，在步骤201中，移动电话手机110发送请求至通信网络，来获得来自通信网络的大气模型信息。手机110的位置也由手机110自身或者任意其它网元来检测。如果该位置由网元检测到，则该位置信息可能必须被发送给手机110。在步骤202中，通信网络发送宽区域、长时期的大气模型至移动电话手机110。在步骤203中，移动电话手机确定当前位置中的时间和当前大气压力。必须注意到，该时间可以在步骤204之前的任何点处被确定。在步骤204中，移动电话手机基于当前测量的大气压力和大气模型来确定其高度或海拔。必须注意到，步骤201是可选择的，且步骤203可以发生在步骤202之前。可以在步骤201之后进行位置检测。检测手机的位置，以使该手机了解请求有效的大气模型。

图3是图1中的移动电话手机110的框图。该手机110起到依据例如一个或多个如下标准的蜂窝电话的功能：GSM、GPRS、EDGE、HSCSD、UMTS、CDMA 2000、IS95等。手机110还包括存储器305。该存储器可以具有随机存取(RAM)和只读存储器(ROM)部分。可以将合适的数据存储在那个存储器中。此外，手机110包含输入/输出(I/O)装置306。例如，输入装置可以是键盘，但是也可以是触摸板或者触摸屏。麦克风也可以被提供用来作为接收语音信息的输入装置。例如，输出装置例如可以由诸如液晶显示器(LCD)之类的显示器来提供。扩音器也可以被提供用来作为输出话音或声音的输出装置。其它合适的输入/输出装置也是可能的。

手机110还包括气压计304。气压计304用来测量手机110当前位置的大气压力。为了接收和发射信号，手机110包括天线301。还可以用两个或多个独立的天线，但是，在该实施例中，同一天线可接收和发射卫星和蜂窝信号。为了经由天线301控制信号发射，手机110包括有收发器单元(TRX)302。

手机110还包括中央处理单元303(CPU)，用来控制收发器单元(TRX)302和集中地控制手机110的功能。中央处理单元包括用来处理数据的至少一个处理器。中央处理单元直接或者间接与存储器305和I/O装置306连接。根据本实施例，手机110还包括定位引擎307(pos engine)。该定位引擎利用从卫星接收的信息以便计算手机110的位置。

现在将参考图2的流程图更详细地来描述图3中的手机110的操作。在这个示例实施例中，手机110工作在蜂窝通信网络，并且接入点120是蜂窝通信网络中的基站。在步骤201中，手机110请求来自网络的大气模型信息。例如可以使用特定频率和/或时隙来发送该请求。还可以通过使用特定标识符、报头或尾比特(tail bit)序列由基站120来识别该大气模型请求。如果手机110将被用于另一个环境而不是在蜂窝通信网络，则可以替代地使用一些其他装置来识别请求。在这一步骤，手机110的位置还可以通过移动电话110自身或者通过其他网元被检测，。该位置也可以在稍后被检测。

基站120接收且识别由手机110发送的请求。该基站可能必须将请求转发至位于蜂窝通信网络中的服务器130。在服务器130上，存储天气信息。天气信息包含不同地区的大气压力预测。该大气压力预测可以是长时期的预测，例如整个一周的预测。可选择地，一些短期预测也可以存储在服务器130上。

该大气压力预测还可以覆盖大的地区。例如，可以有针对整个国家或者州的大气压力预测。该大气模型指示在已知高度或海拔的大气压力。已知高度可以例如是海平面。

步骤202中，服务器130发送大气模型至基站120。该基站120进一步将该信息转发至手机110。再者，特定频率和/或时隙可被用来发送大气模型。大气模型请求也可以通过使用特定标识符、报头或尾比特序列来识别。

步骤203中，手机110利用气压计304来确定其当前位置的时间和大气或者大气压力。时间也可以在步骤203之前确定，这将在稍后进行解释，也可以由一些其它网元来确定。如果时间由一些其它网元而非手机自身来确定，则需要发送时间信息至手机110。

步骤204中，手机110确定其当前位置处的高度。因为在手机110当前位置处的已知水平上的大气压力是已知的，且手机110的高度处的大气压力也是已知的，所以现在可以确定该高度。手机110在其当前位置处的高度可以根据这些大气压力的差值推导出，例如，参考大气的拉普拉斯定律：

P＝P₀e^-MgA/RT

其中P₀为海平面处压力，M为空气的平均摩尔质量，R为理想气体常数，T是气体温度，且A是给定大气压力P的高度。该等式可被近似用于大约-1000和35332英尺之间的高度：

A＝145375(1-(P/P₀)^0.1923)

必须注意到，手机110请求大气模型不是必须的。代替手机110的用户请求大气模型，网络可能以特定的间隔自动发送大气模型至该手机110。可选择地，每当大气模型有显著变化或者大气模型将要失效时，网络可以发送大气模型。同样，如果手机110离开大气模型是有效的区域，则需要发送更新的大气模型至手机110。此外，步骤203可以发生在步骤201和/或202之前。

依据第二个实施例，服务器130计算手机110的高度，并且没有大气模型发送至手机110。步骤401中，手机利用气压计304来确定其当前位置的大气压力。

步骤402中，手机110发送测量的大气压力至网络。基站120接收及识别由手机110发送的大气压力。基站120还可进一步将测量的大气压力转发至服务器130。

步骤403中，检测手机110的位置。或者由手机110自身，或者通过网络来完成这种检测。手机110能够通过利用定位引擎307来检测它的位置。该定位引擎307例如是一卫星定位引擎，例如GPS引擎。任意其它合适的定位引擎都可以被使用。当手机110检测到它的位置时，它将发送位置信息至基站120，基站120可以将位置信息转发至服务器130。可选择地，手机110的位置可由网络来检测。例如，小区身份可以被用于这个目的。这之所以可行是因为蜂窝网络中的每个小区已获得唯一代码(被称为小区身份)，其用来识别当前小区。进一步，步骤403中，可以确定时间。可以由手机110自身或者任意其它网元来实现。可能必需的是发送时间信息至计算手机110高度的网元。还可以在步骤403之前确定时间。

现在，手机110的当前位置是已知的，在手机的当前位置中，服务器130可以定义例如在海平面处的大气压力。为此目的，大气模型是必需的。因为在手机110的当前位置中处于已知水平处的大气压力是已知的且处于手机110的高度处的大气压力也是已知的的，所以可以确定该高度。使用例如依据本发明的第一实施例的大气拉普拉斯定律，手机110在其当前位置的高度可以根据这些大气压力的差值推导出。

步骤405中，网络发送检测到的手机110的高度至手机110。然后手机110接收和识别该信息。手机110的高度或海拔可以被用于例如加速卫星定位的采集程序。当手机110的精确高度是已知的时，可以更快速地采集第一方位，且对于手机110而言，只需要看到更少的卫星。

本发明还涉及一种相应的软件代码，其可被用于实施依据上述实施例的方法的至少一部分。该发明同样涉及到相应的软件程序产品，程序代码可被存储于其中。

在手机110中，本发明的所有发明特征可被结合在单一模块中。依据第一实施例，该模块至少包括气压计304。该模块还包括至少一个处理器单元，以使可以计算手机的高度或海拔。依据第二实施例，该模块位于服务器130中。

本发明还涉及一种软件程序产品，用来实施依据本发明的方法步骤的程序代码可以被存储于其中。

本发明还涉及一种手机110，其包括用于实施上述的方法的装置。依据第一实施例，手机110还包括上述的模块。

本发明还涉及一种服务器130，其包括用于实施上述方法步骤的装置。依据第二实施例，服务器130还包括上述模块。此外，针对不同地区和不同时区的大气模型被存储在服务器130中。

最后，本发明涉及一种在其中可以使用手机110的系统。该系统至少包括手机110和服务器130。

必须注意到，所描述的实施例可以以许多方式被改变，且这些实施例仅仅是本发明的示例性实施例。

Claims

1.一种利用大气模型和大气压力测量来确定移动终端高度的方法，其中所述大气模型提供与时间有关的大气压力估算。

2.依据权利要求1的方法，其中所述大气压力测量是由所述移动终端来实现的。

3.依据权利要求1或2的方法，其中所述大气模型提供与位置有关的大气压力估算。

4.依据前述任一权利要求的方法，其中该方法还包括：

所述移动终端检测其当前位置。

5.依据前述任一权利要求的方法，其中该方法还包括：

所述移动终端检测其当前位置，且将其当前位置发送给网元。

6.依据前述任一权利要求的方法，其中该方法还包括：

所述移动终端测量其当前位置处的大气压力。

7.依据前述任一权利要求的方法，其中该方法还包括：

所述移动终端确定时间测量。

8.依据前述任一权利要求的方法，其中该方法还包括：

所述网元确定时间测量。

9.依据前述任一权利要求的方法，其中该方法还包括：

所述移动终端从网元接收所述大气模型。

10.依据前述任一权利要求的方法，其中该方法还包括：

所述移动终端基于测量的大气压力和由所述大气模型提供的估算来计算其当前高度。

11.依据权利要求1或2的方法，其中所述移动终端发送所述大气压力测量给网元。

12.依据权利要求11的方法，其中所述网元基于所述大气压力测量和由所述大气模型提供的估算来计算所述移动终端的高度。

13.依据权利要求12的方法，其中所述网元发送所述高度测量给所述移动终端。

14.一种软件代码，其用于执行依据权利要求1至13中的任一方法步骤。

15.一种软件程序产品，其中存储有依据权利要求14的软件代码。

16.一种移动终端，其能够利用大气模型和大气压力测量来确定移动终端的高度，其中所述大气模型提供与时间有关的大气压力估算。

17.一种网元，其能够发送大气模型给移动终端，其中所述大气模型提供与时间有关的大气压力估算。

18.依据权利要求17的网元，其中所述网元能够基于所述大气压力测量和由所述大气模型提供的估算来确定移动终端的高度，其中所述大气模型提供与时间有关的大气压力估算。

19.一种系统，其包括依据权利要求16至18的移动终端和网元。