CN101523236B - 借助用于提高定位准确性的移动和/或机载传感器以及用于识别无线设备位置的实时高空影像的使用的商业无线定位系统（wls）的增强 - Google Patents
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Abstract
移动LMU可用于无线定位系统以在缺少足够的接收器覆盖的区域中提供检测覆盖。移动LMU可用于在一段时间内检测来自无线手持机和设备的射频(RF)传输，以允许确定其位置。移动LMU的时间、位置和速度被计算并与从无线设备接收的任何传输一起被传输到SMLC。SMLC分析并分解出无线设备的多普勒分量，同时补偿移动LMU的多普勒分量。可将无线设备的位置和速度与被移动LMU平台拍摄的实时影像相比较，以准确确定无线设备的位置。为了增强移动LMU检测可能很弱和/或被噪声破坏的期望信号的能力，可使用一种低功率移动终端的信号在接收站点被接收并被储存在存储器中的处理方法。然后，在稍后的时间，从网络控制器或BTS接收SOI的更有效的复制，且这被用于在存储器中增强SOI的相关性处理。
Description
交叉引用
本申请要求2005年4月8日提交的美国临时专利申请号60/669,831和2006年4月6日提交的快递邮件号(Express Mail Label)为EV670673760的美国申请的权益，两个文件标题都为“Augmentation of CommercialWireless Location System(WLS)with Moving and/or Airborne Sensors forEnhanced Location Accuracy and Use of Real-Time Overhead Imagery forIdentification ofWireless Device Locations”，其在这里通过引用被全部并入。
技术领域
本发明一般涉及用于定位无线发射器的方法和装置，例如用于模拟或数字蜂窝系统、个人通讯系统(PCS)、增强型专用移动无线(ESMR)或其它类型的无线通讯系统的发射器，尤其是但不唯一地，本发明涉及无线定位系统(WLS)中的移动接收站(如定位测量单元(LMU))的使用。
背景技术
涉及无线定位系统的早期工作在1994年7月5日的标题为“CellularTelephone Location System”的美国专利号5,327,144中得以描述，其公开了用于使用新型的到达时间差(TDOA)技术来定位蜂窝电话的系统。在1997年3月4日的标题为“System for Locating a Source of BurstyTransmissions”的美国专利号5,608,410中公开了′144专利中公开的系统的进一步增强。
在过去的几年中，蜂窝(cellular)工业增加了可由无线电话使用的空中接口协议的数量，增加了无线或移动电话可在其中操作的频带的数量，以 及扩大了表示或关于移动电话的术语的数量以包括“个人通讯服务”、“无线”等等。空中接口协议现在包括AMPS、N-AMPS、TDMA、CDMA、GSM、TACS、ESMR、GPRS、EDGE、UMTS WCDMA等等。术语的变化和空中接口数量的增加不改变基本原理和被发明者发现和增强的发明。然而，为了与工业的当前术语一致，发明者现在称这里描述的系统为无线定位系统。
无线通讯工业承认无线定位系统的价值和重要性。在1996年6月，联邦通讯委员会对无线通讯工业发布了部署用于定位无线9-1-1呼叫者的定位系统的要求，最后期限为2001年10月。由于减少了使用紧急反应资源，无线E9-1-1呼叫者的定位将节省反应时间、挽救生命和节省庞大的费用。此外，调查和研究推断出，各种无线应用如基于用户位置的计费(location sensitive billing)、车队管理(fleet management)等等在将来将有重大的商业价值。
TruePosition公司持续开发进一步提高无线定位系统的准确性的系统和技术，同时显著地减少这些系统的成本。例如，已经授予下列共同转让专利用于无线定位领域中的各种改进：
美国专利号5,327,144，1994年7月5日，“Cellular Telephone LocationSystem”；
美国专利号5,608,410，1997年3月4日，“System For Locating A Sourceof Bursty Transmissions”；
美国专利号6,047,192，2000年4月4日，“Robust，Efficient，Localization System”；以及
美国专利号6,782,264，2004年8月24日，“Monitoring of CallInformation in a Wireless Location System”。
如所述，有很多用于无线通讯系统的空中接口协议。在美国和国际上，这些协议用在不同的频带中。在定位无线电话时频带通常不影响无线定位系统的有效性。
空中接口协议使用两种类型的“信道”。第一种类型包括控制信道，其用于传送关于无线电话或发射器的信息、用于发起或终止呼叫、或用于传 输突发性数据(bursty data)。例如，一些类型的短消息服务在控制信道上传输数据。在不同的空中接口中，控制信道由不同的术语辨别，但每个空中接口中的控制信道的使用是类似的。控制信道通常具有关于包含在传输中的无线电话或发射器的识别信息。第二种类型的信道包括语音信道，也称为业务信道(traffic channel)，其一般用于在空中接口上传送语音或数据通讯。语音和用户数据信道一般使用无线通讯系统内的专用资源，而控制信道使用共享资源。这种区别可为了无线定位的目的使控制信道的使用比语音信道的使用更加有成本效益，虽然有一些应用期望在语音信道上的有规律的定位。语音信道通常没有关于在传输中的无线电话或发射器的识别信息。
以下讨论空中接口协议中的一些不同：
AMPS-这是在美国用于蜂窝通讯的最初的空中接口协议。在AMPS系统中，分配分离的专用信道以被控制信道(RCC)使用。根据TIA/EIA标准IS-553A，每个控制信道块必须在蜂窝信道313或334开始，但该块可具有可变的长度。在美国，依照惯例，AMPS控制信道块是21个信道的宽度，但26个信道块的使用也是公知的。反向语音信道(RVC)可占据没有分配给控制信道的任何信道。控制信道调制是FSK(频移键控)，而语音信道使用FM(频率调制)被调制。
N-AMPS-此空中接口是AMPS空中接口协议的扩展，并被定义在EIA/TIA标准IS-88中。控制信道实质上与AMPS的相同，但语音信道不同。相比于对AMPS使用的30KHz，语音信道占据小于10KHz的带宽，且调制为FM。
TDMA-此接口也称为D-AMPS，并被定义在EIA/TIA标准IS-136中。该空中接口以频率和时间分离的使用为特征。控制信道被称为数字控制信道(DCCH)，并在被分配给由DCCH使用的时隙中以突发的形式传输。与AMPS不同，DCCH可被分配在频带中的任何地方，虽然根据概率块的使用，通常有一些频率分配比其它更有吸引力。语音信道被称为数字业务信道(DTC)。DCCH和DTC可占据相同的频率分配，但在给定频率分配中不是相同的时隙分配。DCCH和DTC使用称为π/4DQPSK(差分四进制相移键控)的相同调制方案。在蜂窝波段中，载波可使用AMPS和TDMA协议，只要对每个协议的频率分配保持分离。
CDMA-此空中接口由EIA/TIA标准IS-95A定义。该空中接口以频率和编码分离的使用为特征。然而，因为相邻的蜂窝基站(cell site)可使用相同的频率组，CDMA也以非常谨慎的功率控制为特征。这个谨慎的功率控制导致本领域技术人员称为远近问题(near-far problem)的情况，这使无线定位对大多数正确运行的方法很难(但参见对该问题的解决方案，美国专利号6,047,192，2000年4月4日，“Robust，Efficient，Localization System”)。控制信道被称为接入信道(access channel)，而语音信道被称为业务信道。接入和业务信道可共享相同的频带，但被编码分离。接入和业务信道使用称为OQPSK的相同调制方案。
GSM-此空中接口由国际标准的全球移动通信系统定义。同TDMA一样，GSM以频率和时间分离的使用为特征。信道带宽为200KHz，其比对TDMA使用的30KHz宽。控制信道被称为独立专用控制信道(SDCCH)，并在分配给由SDCCH使用的时隙中以突发的形式传输。SDCCH可被分配在频带中的任何地方。语音信道被称为业务信道(TCH)。SDCCH和TCH可占据相同的频率分配，但在给定频率分配中不是相同的时隙分配。SDCCH和TCH使用称为GMSK的相同调制方案。GSM通用分组无线业务(GPRS)和GSM演进的增强数据速率(EDGE)系统重复使用GSM信道结构，但可使用多个调制方案和数据压缩以提供较高的数据流量。
目前的无线定位系统可能具有很多潜在的问题。首先，使用静止或固定的基于地面的接收器来部署目前的无线定位系统。虽然静止的接收器提供在其特定的区域内的覆盖，它们的特定覆盖区域是有限的。此外，相对于在其中无线定位系统的接收器在无线通讯系统的蜂窝基站或基站被共同定位的覆盖系统，在全美国和国际共同体中的很多地区缺乏足够的用于部署无线定位系统的蜂窝基站。最后，静止的基于地面的接收器不适于提供可有助于确定无线设备的位置的影像。
发明内容
在本说明书中，对控制信道或语音信道的参考指所有类型的控制或语音信道，无论特定空中接口的优选术语是什么。而且，有很多在全世界使 用的更多类型的空中接口(如IS-95CDMA、CDMA2000、UMTS和W-CDMA)，且除非指出相反的，没有从本说明书中描述的发明原理排除任何空中接口的意图。实际上，本领域技术人员将认识到，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种类上与之类似。
下列概要提供了本发明的各个方面的概述。这不意味着提供本发明的所有重要方面的详尽描述，或限定本发明的范围。相反，本概要意图是用作对接下来的详细描述的引言。
本发明提供一种无线定位系统(WLS)，包括：
移动平台，其支持移动定位测量单元(LMU)和全球定位系统(GPS)模块，其中GPS模块配置成提供时间和频率参考以及表示移动LMU的位置和速度的数据。
本发明还提供一种用于定位移动站(MS)的方法，该移动站在被无线定位系统(WLS)覆盖的地区内操作，该方法包括：
在至少三个地理上分离的信号收集站点从MS接收传输；以及
处理所接收的传输以使用到达时间差(TDOA)来估计MS的位置，其中至少一个信号收集站点包括由移动平台提供的移动定位测量单元(LMU)。
本发明还提供一种用于无线定位系统(WLS)的移动系统，包括：由移动平台提供的定位测量单元(LMU)；以及由移动平台提供并操作性地耦合到移动LMU的GPS模块，其中GPS模块确定移动LMU的三维位置和速度。
示例性WLS主要由多个无线电接收器组成，所述接收器分布在期望有定位能力的全部范围的地理区域中。一般而言，无线电接收器是固定的并具有已知的位置。此外，它们通过全球定位系统(GPS)定时接收器彼此时间和频率同步。通常，这些无线电与蜂窝基站装置并置，以允许资源的共享，如天线和传输线、多路耦合器、环境控制的封闭空间、和功率以及回程(backhaul)通讯装置，所述回程通讯装置用于将信息从蜂窝基站传递到中央站点或从一个蜂窝基站传递到另一蜂窝基站。这些无线电在一段时间内从无线手持机和设备接收射频(RF)传输，以允许通过到达时间差(TDOA)和到达频率差(FDOA)处理来确定其位置(即纬度和经度) 以及其速度和方向。
通过TDOA/FDOA处理来确定无线发射器的位置、速度和方向要求多个传感器在一段时间内接收发射信号，且每个传感器的位置、速度和方向在传感器获得信号的时间期间是已知的。典型的WLS部署利用很多静止或固定的传感器，因此它们的速度为零，且它们的方向是不明确和不相关的。本发明通过具有一个或更多传感器来增加典型的WLS部署，这些传感器不与蜂窝基站装置并置但为移动平台的一部分。移动平台可为但不限于陆地巡回交通工具、船只、航空器、水陆两用交通工具和/或卫星。移动平台优选地包括定位测量单元(LMU)，其随着GPS定时接收器而增强以提供时间和频率参考以及LMU在准确时间的位置(即，纬度、经度和高度)、速度和三维方向。也优选地提供用于从基站接收下行链路传输的天线和接收器、用于从移动单元接收上行链路传输的天线和接收器、以及用于接收GPS信号的天线和接收器。无线通讯链接还可用于向LMU提供命令和控制信号并传递由要被定位的移动设备发射的期望信号的表示。 其它无线终端以及其它噪声的干涉所破坏。然而，这些弱的、被干涉破坏的信号可被成功地检测出并被打上时间戳，以便通过将打上时间戳的存储器以由上述美国专利描述的方式合并入接收站点来实现无线终端的定位。
进一步地，一个或更多移动传感器的使用可提供实时影像，且在机载(airborne)传感器的情况下，提供无线设备被定位的地理区域的高空影像。这样的影像可用于提高WLS的定位准确性，因为由TDOA和/或到达角(AOA)测量确定的无线设备的位置可与实时图像相关联。例如，如果由无线定位系统提供的无线设备的位置与由高空图像提供的汽车的位置一致，那么可设想无线设备实际上在汽车内。因此，增加具有目标地理区域的实时红外和/或机载影像的机载传感器可增强无线设备的用户的识别。
这里描述的另一特征涉及可被移动LMU使用的方法，以增强其从要被定位的移动站成功地检测并确定传输的到达时间(TOA)和/或到达时间差(TDOA)和/或到达频率差(FDOA)的能力。该方法包括使用配置成从无线设备接收射频(RF)传输的接收器和用于存储所接收的传输的数据样本的存储器。此外，LMU可包括用于使表示所接收的传输的储存数据与所接收的传输的复制相关联的处理器或与其联系。在示例性实现中，移动LMU包括用于接收通过基站收发器或网络控制器(这些术语有时在这里互换使用)传输的下行链路信号和用于从下行链路信号获得复制的装置。
根据下列作为例证的实施例的详细描述，本发明的另外的特点和优点将变得明显。
附图说明
当结合附图阅读时，前述概要以及下列详细的说明被更好地理解。为了说明本发明的目的，在附图中示出本发明的示例性结构；然而，本发明不限于所公开的特定的方法和工具。在附图中：
图1是根据本发明描述被部署为覆盖在商业GSM网络上的无线定位系统的示例性示意图；
图2是根据本发明描述无线定位系统的示例性示意图；
图3是根据本发明描述移动LMU的部署结构的示例性示意图；
图4是根据本发明表示被接收器捕获的无线手持机的可能距离的示例性图示；
图5是根据本发明描述上行链路TDOA(U-TDOA)双曲线的交叉的 显示器屏幕的示例性表示；
图6是用于通过其较高功率延迟的复制来增强低功率信号的处理方法的例证性实现的流程图。
具体实施方式
移动LMU-增强的WLS提供了独特的定位解决方案，其允许在各种移动平台上实施无线定位技术，包括基于航空和陆地的实施。此外，移动LMU-增强的WLS可给用户提供新类型的定位能力以增强现有平台的功能和特点。基于网络的解决方案可使用称为定位测量单元(LMU)的接收器，其可安装在蜂窝基站上。类似于无线电信号三角测量，无线电话或其它设备的定位包括称为上行链路到达时间差或U-TDOA的处理方法。
图1示出部署为在商业GSM网络上的覆盖的例证性WLS100的结构。WLS100的组件包括LMU120、包含无线定位处理器(WLP)170和无线定位网关(WLG)180的服务移动定位中心(SMLC)160、以及Abis监控系统(AMS)150。LMU120是在载波的蜂窝基站部署的主要组件。LMU120然后将所收集的数据转发到SMLC160。网络中的LMU120优选地通过使用全球定位网络(没有显示)在时间和频率上同步。
WLS使用用户识别、无线电信道分配和在Abis接口检测的其它控制信息来识别哪个GSM无线电脉冲群要被测量，以确定呼叫者的位置。用于计算该位置的无线电信号数据可通过E1/T1回程在LMU120和SMLC(WLP)170之间传输。系统还包括基站收发器(BTS)110、基站控制器(BSC)140和移动交换单元(MSC)130。
SMLC的两个主要子系统，无线定位处理器(WLP)170和无线定位网关(WLG)180可由商业现货供应的组件构成。SMLC160一般被定位在载波的交换位置，但它可被远程分布到任何位置。
无线定位处理器(WLP)170优选地为高容量定位处理平台。WLP170包含用于计算位置、置信区间、速度和传播方向的多径抑制算法(multipathmitigation algorithm)和U-TDOA。WLP170还可根据来自Abis监控系统(AMS)150的触发或来自Lb接口的对基础架构供应商的基站控制器 (BSC)140(或在一些情况下为MSC130)的请求来确定定位哪个无线电话。WLP170一般在操作员的BSC140被共同定位，但也可被远程分布。WLP170的主要功能是从LMU120接收关于信号检测的报告、执行定位处理、计算每个信号的定位估计以及与关于定位记录的WLG180通讯。
WLG180管理网络并提供对定位记录的载波访问。WLG180负责定位记录的收集和分配。WLG180还保留配置信息并支持网络管理。WLG180可位于任何集中式装置例如网络操作中心、交换装置或其它安全装置中。
AMS150持续监控GSM网络中的所有Abis信令链接190(在一些情况下为A接口链接195)，AMS150连接到Abis信令链接190。AMS150的功能是为无线设备捕获GSM呼叫建立过程中的消息。然后AMS150将包含在那些消息中的数据发送到WLG180，以用于随后的定位处理。(见美国专利号6,782,264B2，2004年8月24日，“Monitoring of Call Informationin a Wireless Location System”)
网元管理系统(EMS)组件(没有显示)是WLS的主要操作员接口。EMS使WLS操作员能够执行网络管理、有限的系统配置管理、警告管理和故障隔离。EMS包括服务器和多个客户机，并使用WLG180连接到WLS。作为EMS操作员控制台的EMS客户机可向网络内所有元件提供各种级别的接入。
图2示出移动LMU-增强的WLS200的示例性结构。图2包含的元件类似于上面参考图1描述的元件。这些元件被完全相同地标注，且为了简洁而省略了它们的说明。图2与上面参考图1描述的WLS100类似地运行，除了移动LMU225通过发射器/接收器226将定位数据传输到示例性系统200中的WLP170的发射器/接收器276。在该结构中，连接到LMU225和WLG180的收发器为系统提供回程功能。移动LMU225可以是被最低限度地改变以包括外部GPS模块(没有显示)的常规LMU120。GPS模块可提供移动LMU的三维位置。GPS模块还可提供移动LMU225的三维向量方向和速度以及未改装的LMU120所需要的频率参考、定时和同步。
SMLC160根据由参与定位和速度估计的固定LMU120和移动LMU225提供的数据来分析和分辨目标移动电话的多普勒分量。SMLC160执行该功能以标准化检测移动电话传输的所有LMU的所检测的频率(即， 每个LMU优选地在互相关过程期间计算出多普勒频率)。SMLC160还可执行该功能以向终端用户应用程序提供目标移动单元的无线电方位的方向和速度的增值信息。
当移动LMU225本身在运动中时，移动LMU225的附加多普勒分量在估计目标移动电话的位置和速度期间被优选地确定和补偿。每个发射信号到SMLC160的移动LMU225可包括附加信息，该信息包含处在与SMLC160的标准通讯中的移动LMU225的位置和速度读数。在移动LMU225和SMLC160之间的通讯链接例如可为64kbps(DS0)的低反应时间信道。缓冲可加在链接的两端以适应数据包丢失和重发。
示例性移动LMU225可放置在各种平台上以提供灵活的覆盖。例如，如果示例性移动LMU225放置在航空器上，则该航空器可包括一定的互连以帮助其运行。此外，移动平台可装配有成像装置(没有显示)，以提供在移动平台的视野范围内的周围地区的影像。该影像可与LMU所接收的定位数据结合使用，以准确检测无线设备的位置。
图3是根据本发明描述移动LMU330的示例性部署配置的示意图。互连可包括用于双波段移动LMU330、外部GPS接收器320、安装在机身上的外部GPS天线装置器370、成像装置350和成像处理单元355的功率、在航空器上可提供天空的清晰视野的位置处的机载GPS天线370的配线导管、在航空器上可提供地面的清晰视野的位置处的双波段上行链路/下行链路天线接口单元340的安装在机身上的外部蜂窝-PCS天线装置器380、以及用于与基于地面的SMLC(没有显示)通讯的到通讯链接360的天线互连390。基于地面的装置还可给地对空通讯提供基于航空器的通讯链接360。与基于地面的SMLC通过界面连接的该装置可允许SMLC控制并分派任务给移动LMU330，以从移动LMU330获得用于定位处理的数据。
移动LMU330可通过无线电链接取得与SMLC的连接性。例如，高速X波段802.11b通讯链接可提供这样的连接性。进一步地，可使用到移动LMU的单个低反应时间64kbps数据管道(data pipe)。这两种系统元件可用30毫秒缓冲器改装以考虑数据包丢失和重发延迟。航空器还可装配有帮助检测无线设备的位置的成像装置350和成像处理单元355。成像装置350和成像处理单元355可与移动LMU结合使用，或可用于单独补充静止 的LMU120。为了以后观看，图象处理单元还可包括用于记录图像和储存图像的记录设备和储存单元。
U-TDOA定位算法通过测量在不同接收器站点的信号到达时间差来计算发射信号的移动电话或类似设备的位置。移动单元在与移动电话和每个接收器之间的传输路径的距离成比例的时刻发射被不同的接收器接收的信号。U-TDOA算法不需要知道移动电话何时发射信号；相反，它使用接收器对之间的时间差作为基本测量，产生如图4示意性示出的双曲线数据。图4表示对于所测量的时间差，手持机离每个接收器的所有可能的距离的示例性视图。两个或更多双曲线的交叉点表示发射信号的移动电话的位置。
图5描述确定发射信号的无线电话的位置的WLS的示例性曲线。无线设备的位置由U-TDOA双曲线的交叉点示出。
WLS优选地为高容量基于定位的服务设计。WLS可使用任何可利用的定位资源(U-TDOA、AOA、AGPS(有协助的GPS)和功率测量)，以尽可能准确和最有收益地执行所请求的定位。在各种以市场为导向的定位应用和服务的预测中，例证性系统使用抽象原理来将所有的定位请求描绘成一系列触发和任务，按需要分配必要的定位资源。因此，系统可将移动LMU和公共安全功能仅仅作为另一基于定位的服务来处理。
系统可用于各种公共安全应用情况。例如，系统可用于要求“全部网络支持”的情况，其中无线操作员的网络包括在正常商业部署条件下的WLS，且目标区域当前被商业LMU部署覆盖。系统还可用于要求“部分网络支持”的情况，其中系统安装只包括基于中心局的SMLC和AMS。虽然可出现商业上部署的LMU，但LMU的覆盖区域可能与目标覆盖区域不一致。因此，可能需要额外的LMU(即，移动LMU)来覆盖所关心的区域。在这种情况下，无线操作员可不提供移动LMU到SMLC的回程和疏导(grooming)。进一步地，系统可用于被指定为“没有网络支持”的情况，其中WLS被独立部署。在这种情况下，WLS通过第三方信号截接(intercept)/解密(decrypting)监控系统从无线操作员的网络或从类似的系统来获得所需的任何数据。
移动LMU可能需要满足部分网络和没有网络支持的应用情况。移动 LMU提供灵活性，因为它们可被部署到在马上期望覆盖的目标区域中可能目前没有例如商业上部署的LMU的地区。移动LMU还可在WLS中填充空间，其中，例如为了维护的目的而停用商业LMU。
移动LMU可为陆地或机载的。移动LMU可实现为完全移动的(例如安装在飞机中)或作为临时的安装(例如车载基站或COW，或安装在软式飞船(blimp)上)。
我们现在将描述一种方法，其可用于提高移动LMU检测弱的、嘈杂的、和/或被干涉破坏的嘈杂的期望信号的能力。
通过其较高功率延迟复制来增强低功率信号
很多在多用户通讯网络中的网络控制器将从来自用户终端的传输接收的数据重发回该终端，作为验证与网络控制器通讯的终端就是该用户的方法。关于不需要的干涉和噪声，通过增强终端的信号，这可用于对帮助定位无线终端(例如移动电话或类似的无线设备)产生良好效果。(在无线通讯网络如GSM网络的情况下，服务的BTS可作为网络控制器，因此执行重发功能。)这种情况的出现是因为网络控制器的信号通常比直接从功率限制的移动终端发射的信号更易得到和强大。下列例子说明了这个概念。
考虑包括分布在一个地理区域各处的多个基站收发器的无线GSM网络，GSM网络在该地理区域上提供无线通讯覆盖。在无线网络中基站的密度由许多因素决定。通常，基站可在其大致的附近地区为很多无线终端服务，因此，无线终端的密度比基站的密度大得多。用到达时间差(TDOA)定位无线终端可产生一个过程，该过程包括在多个时间同步的接收站点接收无线终端的信号，以及使在这些站点的每个处的信号与该信号的复制相互关联以测量准确的到达时间(TOA)，这又可用于计算TDOA。(例如见美国专利号5,327,144，1994年7月5日，“Cellular Telephone LocationSystem”；以及美国专利号6,047,192，2000年4月4日，“Robust，Efficient，Localization System”。)然而，得到期望信号(SOI)，即，无线终端的信号的优良的复制通常很难，因为接收站点位于无线终端的相当远的距离处，且SOI以低信噪比(SNR)为特征，即，SOI可能是低功率的，并被来自 其它无线终端以及其它噪声的干涉所破坏。然而，这些弱的、被干涉破坏的信号可被成功地检测出并被打上时间戳，以便通过将打上时间戳的存储器以由上述美国专利描述的方式合并入接收站点来实现无线终端的定位。
通过接收SOI并将其储存在存储器中以及在以后的某个时间从网络控制器接收信号，可根据本发明使用类似的处理方法。在无线终端已经将其信号传输到网络控制器之后，SOI的更有效复制的网络控制器的传输可被影响以促进匹配的复制相关，以便成功地检测SOI，其中它可能否则太弱或被破坏而不能用于定位处理。这是可能的，因为网络控制器的信号通常更强并更少地被干涉破坏。因此，无线终端传输可由从网络控制器的信号接收的信息重建，并用于相关过程以在每个接收站点增强储存在带有时间戳的存储器中的SOI。总之，该方法的关键方面是在接收站点接收低功率移动终端的信号、将它们储存在带有时间戳的存储器中、在以后的时间从网络控制器接收SOI的更有效的复制、以及通过使用网络控制器的SOI的较高保真度的复制来在存储器中增强SOI的相关处理。该处理方法可包括使“强”信号解调以恢复被RF信号传输的数字数据，然后重新调制数据以便提供SOI的高保真度的复制像最初由要被定位的移动终端所传输的一样。通过使LMU接收的RF信号的储存副本与高保真度的RF信号复制相关或互相关，可以确定SOI的准确到达时间。这允许在不可能定位的情况中通过TDOA确定定位。
我们现在处理定位移动终端(MS)的问题，其利用来自飞行器(airbornevehicle)和无人驾驶飞行器(UAV)的基于商业领地的GSM无线网络，而没有任何来自网络的连接或关联。可为了例如法律实施/军事/情报应用而进行这项工作。通过确定SOI的特性可处理该问题，以便它可用于TDOA/FDOA和类似的信号处理。上述技术可用于通过监控基站收发器到移动设备的传输来提取SOI的特性。在GSM网络中，移动站(MS)通过控制信道信号来与BTS相互作用，以实现成功的无线电话呼叫和数据传输。为了某些无线业务，BTS在收到自MS接收的数据之后立即在控制信道上重复该数据。例如，当移动设备发起呼叫时，移动设备在控制信道上传输到BTS的CM_SERV_REQ消息中的数据在对所述移动设备的BTS的恰好下一个传输中被重复而回到所述移动设备。因为在地理区域上BTS的密度一般比在同一地理区域上移动设备的密度小得多，且BTS比移动设
备以更大的功率的传输，并比移动设备利用更有效的天线，BTS传输一般比移动设备的传输更容易在地理区域上的机载平台中接收到。因此，UAV将接收从BTS到移动设备的传输，且从这些接收到的传输中提取移动设备的信息。该信息可用于通过UAV中的无线电接收器来增强移动设备的传输的接收。然而，在移动设备传输该信息之后BTS传输它，所以一种机制用来在UAV记录移动设备的传输，因此在该信息被UAV从BTS接收之后可处理这些传输。这个处理方法的基本步骤是：(1)在UAV从移动设备接收和记录传输；(2)在UAV从BTS接收和记录传输；(3)从来自BTS的传输提取移动设备的信息；以及(4)利用该信息以增强从移动设备接收的传输。
本方法还可应用于在UAV上自适应天线阵列的使用，以同时在UAV增强移动设备的信号，而且通过由自适应天线阵列提供的空间过滤来在相同的频率上减少来自不希望有的移动设备的干扰的影响。
用于在机载(或基于地面的移动设备)LMU中改进信号检测的处理方法的例证性实现可包括在所有所涉及的UAV上使用上行链路和下行链路接收器，所述UAV覆盖期望的频带。这在图6的流程图中示出。上行链路和下行链路接收器通过使用GPS定时接收器彼此时间和频率同步。步骤包括：
1.以期望的GSM网络的设计使UAV中的接收器同步(400)。
2.在主要的UAV上从BTS接收AGCH传输，这通知期望的移动设备频率和时隙以用于与BTS通讯(410)。
3.将上行链路接收器调整到从AGCH得到的频率和时隙信息，并开始记录上行链路数据(420)。
4.开始记录BTS下行链路数据(430)。
5.在UAV上从BTS接收传输，该传输是先前从移动设备传输的数据的复制，且现在根据其上行链路传输被记录(440)。
6.从BTS下行链路传输提取移动设备的信息，并利用它来增强在每个UAV储存的SOI(450)。
7.用TDOA/FDOA和/或类似的技术来定位移动设备(460)。
结论
本发明的确切范围不限于这里公开的例证性和目前优选的实施例。例如，无线定位系统的前述公开使用解释性的术语，如网络控制器、LMU、BTS、BSC、SMLC等等，其不应被这样解释以致于限制本申请的保护范围，或否则暗示无线定位系统的创造性方面限于所公开的特定方法和装置。而且，正如本领域技术人员所理解的，这里公开的很多创造性方面可应用于不以TDOA技术为基础的定位系统。在这样的非TDOA系统中，上述SMLC不需要执行TDOA计算。类似地，本发明不限于使用以特定的方式构造的LMU的系统，或使用特定类型的接收器、计算机、信号处理器等的系统。LMU、SMLC等本质上是可编程的数据收集和处理设备，其可采取各种形式而不偏离这里公开的创造性概念。假定快速降低数字信号处理和其它处理功能的成本，例如为了特定的功能将该处理从这里所述的一个功能元件(如SMLC)传递到另一个功能元件(如LMU)而不改变系统的创造性实施无疑是可能的。在很多情况下，这里所述的实现的位置(即，功能元件)仅仅是设计者的喜好，而不是硬性要求。因此，除非它们可能被特意地如此限制，保护范围不意味着限于上述特定的实施例。
此外，这里对控制信道或语音信道的任何参考指所有类型的控制或语音信道，无论对特定空中接口的优选术语是什么。而且，有很多在全世界使用的更多类型的空中接口(如IS-95CDMA、CDMA2000、UMTS和W-CDMA)，且除非指出相反的，没有从本说明书中描述的发明原理排除任何空中接口的意图。实际上，本领域技术人员将认识到，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种类上与之类似。
Claims (33)
1.一种移动定位测量单元LMU-增强的无线定位系统WLS，包括：
WLS，其包括多个固定定位测量单元LMU，所述多个固定定位测量单元LMU覆盖在商业无线通讯系统上，使得所述多个固定LMU与所述无线通讯系统中各自的基站收发器BTS并置；以及
移动平台，其支持移动定位测量单元LMU和全球定位系统GPS模块，其中所述GPS模块配置成提供时间和频率参考以及表示所述移动LMU的位置和速度的数据，以及其中所述移动LMU包括下行链路接收器，所述下行链路接收器配置成从收发器站接收下行链路信号，并用于从所述下行链路信号获得复制信号，所述复制信号表示在所述收发器站接收的传输的复制。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述移动平台包括航空器。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述移动平台包括基于地面的交通工具。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述移动LMU包括接收器和存储器，所述接收器配置成从无线设备接收射频RF传输，所述存储器用于储存所接收的传输的数据样本。
5.如权利要求4所述的系统，进一步包括处理器，所述处理器用于使表示所接收的传输的储存数据与所述所接收的传输的复制相关，所述所接收的传输通过来自所述BTS中的至少一个的所述下行链路信号而被接收。
6.如权利要求5所述的系统，进一步包括用于从网络控制器接收下行链路信号并从所述下行链路信号获得所述复制的装置。
7.如权利要求1所述的系统，进一步包括在已知位置的至少一个固定LMU，其中所述至少一个固定LMU和所述移动LMU配置成彼此时间和频率同步。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述至少一个固定LMU与蜂窝基站装置并置，以允许共享包括天线、环境控制的封闭空间、功率和回程通讯资源的资源。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述移动LMU和所述至少一个固定LMU配置成在一段时间内从无线设备接收射频RF传输，以允许通过到达时间差TDOA和到达频率差FDOA处理来确定其位置和速度。
10.如权利要求9所述的系统，其中为了通过TDOA和FDOA处理来确定所述无线设备的位置和速度，所述系统配置成使得多个LMU在一段时间内从所述无线设备接收信号，且每个LMU的位置和速度在所述信号被接收的时间期间是已知的。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述移动平台进一步包括天线和接收器，所述天线和接收器配置成接收来自基站的下行链路传输、来自移动站的上行链路传输、和GPS信号。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述移动平台进一步包括无线通讯链接，所述无线通讯链接配置成从地面站接收命令和控制信号，并向所述移动LMU提供所述命令和控制信号。
13.如权利要求1所述的系统，其中至少一个所述移动平台包括成像设备，所述成像设备配置成提供部署有要被定位的无线设备的地理区域的影像。
14.如权利要求13所述的系统，进一步包括用于将由所述WLS提供的所述无线设备的位置与所述影像联系起来的装置，由此提供关于所述无线设备的所述位置的附加信息。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述成像设备能够红外成像。
16.如权利要求1所述的系统，其中所述移动平台包括航空器；其中所述移动LMU包括接收器和存储器，所述接收器配置成从无线设备接收射频RF传输，所述存储器用于储存所接收的传输的数据样本；进一步包括处理器，所述处理器用于使表示所接收的传输的储存数据与所述所接收的传输的复制相关；进一步包括用于从基站收发器接收下行链路信号和用于从所述下行链路信号获得所述复制的装置；进一步包括在已知位置的至少一个固定LMU，其中所述至少一个固定LMU和所述移动LMU配置成彼此时间和频率同步；其中所述至少一个固定LMU与蜂窝站点装置并置，以允许共享包括天线、环境控制的封闭空间、功率和回程通讯资源的资源；其中所述移动LMU和所述至少一个固定LMU配置成在一段时间内从无线设备接收射频RF传输，以允许通过到达时间差TDOA和到达频率差FDOA处理来确定其位置和速度；其中为了通过TDOA和FDOA处理来确定所述无线设备的位置和速度，所述系统配置成使得多个LMU在一段时间内从所述无线设备接收信号，且每个LMU的位置和速度在所述信号被接收的时间期间是已知的；其中所述移动平台包括天线和接收器，所述天线和接收器配置成接收来自基站的下行链路传输、来自移动站的上行链路传输和GPS信号；其中所述移动平台进一步包括无线通讯链接，所述无线通讯链接配置成从地面站接收命令和控制信号，并向所述移动LMU提供所述命令和控制信号；其中至少一个所述移动平台包括成像设备，所述成像设备配置成提供部署有要被定位的无线设备的地理区域的影像；以及进一步包括用于将由所述WLS提供的所述无线设备的位置与所述影像联系起来的装置。
17.一种用于定位移动站MS的方法，所述移动站在被无线定位系统WLS覆盖的地区内操作，所述方法包括：
在至少三个地理上分离的信号收集站点从所述MS接收传输，所述至少三个地理上分离的信号收集站点包括至少一个移动定位测量单元LMU；
将下行链路信号从至少一个信号收集站点或至少一个网络控制器传输到所述移动LMU，所述下行链路信号包括数据，所述数据允许所述移动LMU获得由信号收集站点接收的来自所述MS的所述传输的复制；
在所述移动LMU，对所述复制和从由所述移动LMU接收的来自所述MS的所述传输的副本进行相关性处理，以在所述移动LMU中确定到达时间TOA和到达时间差TDOA中的一个；以及
利用在所述移动LMU中确定的所述TOA或所述TDOA的数据，以估计所述MS的位置。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括提供包围所述MS的位置的区域的图像，以与所述MS的所估计的位置比较。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述图像被记录并被保存。
20.如权利要求17所述的方法，进一步包括通过使用安装在移动平台上的GPS模块来提供时间和频率参考以及所述移动LMU的三维位置和速度。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括当使用到达时间差TDOA来估计所述MS的所述位置时，补偿所述移动LMU的所述三维位置和速度。
22.如权利要求17所述的方法，进一步包括数字化并储存由所述移动LMU接收的来自所述MS的所述传输，以及然后使所述储存的传输与来自所述MS的所述传输的复制相关。
23.如权利要求22所述的方法，进一步包括从来自基站收发器的下行链路传输得到所述复制。
24.如权利要求22所述的方法，进一步包括从来自网络控制器的下行链路传输得到所述复制。
25.一种用于无线定位系统WLS的移动系统，包括：由移动平台提供的定位测量单元LMU；由所述移动平台提供并操作性地耦合到所述LMU的GPS模块，其中所述GPS模块确定所述LMU的三维位置和速度；以及下行链路接收器，所述下行链路接收器配置成从至少一个信号收集站点或至少一个网络控制器接收下行链路信号，所述下行链路信号包括数据，所述数据允许所述LMU获得由远离所述移动系统的信号收集站点接收的来自移动站MS的传输的复制。
26.如权利要求25所述的移动系统，其中所述移动平台包括航空器。
27.如权利要求25所述的移动系统，其中所述LMU配置成从无线设备接收射频RF传输。
28.如权利要求27所述的移动系统，其中所述移动平台包括天线，所述天线配置成接收来自基站收发器的下行链路传输、来自移动站的上行链路传输和GPS信号。
29.如权利要求28所述的移动系统，其中所述移动平台进一步包括无线通讯链接，所述无线通讯链接配置成向所述移动LMU提供命令和控制信号。
30.如权利要求25所述的移动系统，其中所述移动平台进一步包括成像设备。
31.如权利要求30所述的移动系统，进一步包括用于将无线设备的位置与由所述成像设备获得的影像联系起来的装置。
32.如权利要求30所述的移动系统，其中所述成像设备配置成提供红外影像。
33.如权利要求25所述的移动系统，其中所述LMU包括接收器和存储器，所述接收器配置成从无线设备接收射频RF传输，所述存储器用于储存接收的传输的数据样本；以及进一步包括处理器，所述处理器用于使表示接收的传输的储存数据与所述接收的传输的复制相关。
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