CN101561492B - 验证移动站位置方位的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过比较验证确定所要求的位置方位与一个或多个先前的参考位置方位来评估移动站的位置方位的有效性的方法和系统。在一个实施例中，通过比较基于卫星定位系统的位置方位与多个基于网络的位置方位中的一个或多个，或者与移动站的估计的将来位置方位比较来验证在蜂窝通信网络(10)中的卫星定位系统使能的蜂窝移动站(12)的基于卫星定位系统的位置方位。

Description

验证移动站位置方位的方法和系统
本申请是2003年7月24日进入中国国家阶段的发明专利申请，国际申请号为PCT/US2002/001334、国家申请号为02804078.3，题为“验证移动站位置方位的方法和系统”的分案申请。
技术领域
本公开总的来说涉及定位移动站，具体地说涉及评估移动站位置方位(location fix)的有效性，例如评估在蜂窝通信网络中的蜂窝手持设备的基于GPS的位置方位的有效性。
背景技术
不久，在美国将强制在蜂窝通信网络中的蜂窝电话设备的陆上定位具有足够的精度来支持增强的紧急911(E-911)服务。非规定的、市场的驱动力也驱使通信设备制造商和服务提供商提供更加精确地定位蜂窝电话手持设备和其它移动站，例如提供增进的和基于费用的增值服务。
用于定位蜂窝通信网络中的蜂窝手持设备的基于网络的方案通常是公知的，例如那些基于当移动站在蜂窝通信网络附近移动时在移动站从几个相邻蜂窝基站接收的信号。已知的基于网络的移动站位置确定尤其包括基于信号强度测量值、或到达角(AOA)测量值、或到达时间(TOA)测量值、或增强的观测到达时间(EOTD)测量值、或到达时间差异(TDOA)测量值、或增强的前向链路三角测量(AFLT)测量值等的那些位置确定。
然而基于网络的移动站位置确定遇到的问题是不准确和发生定位错误。在一些网络中，例如由于手持机的功率限制和手持机不能与足够数量的基站维持通信，以及其它一些因素，限制了基于网络的位置确定的精度。通常可参见美国专利号6,081,229、标题为“用于确定无线CDMA收发机的位置的系统和方法”。
另外一种确定蜂窝手持机位置或地点的方法就是使用基于卫星的定位系统，这种方法通常能够提供有关移动站的经度、纬度、海拔高度和速度的信息，虽然在一些蜂窝手持定位应用中只需要经度和纬度坐标。基于卫星的陆地位置确定通常通过用集成在移动站中的卫星接收机从卫星星座中的若干卫星处采集卫星数据来实现的。已知的卫星定位系统包括美利坚合众国的导航卫星定时测距(NAVSTAR)全球定位系统(GPS)，和俄罗斯的全球轨道导航系统(GLONASS)。
在蜂窝通信网络应用中，用通信网络辅助的基于卫星的位置确定也是已知的。参见(例如)美国专利6,058,338、标题为“用于在通信系统中的有效GPS辅助的方法和设备”和美国专利5,982,324、标题为“将GPS与蜂窝信号的TOA/TDOA结合来定位终端”。
基于卫星定位系统的位置确定也遇到不准确和定位错误的问题。在蜂窝和其它移动站定位应用中，移动站位置错误可能由于卫星和任何基于陆地的辅助信号阻塞，例如城市中的峡谷障碍，以及信号传播延迟和其它因素所导致。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种验证移动站的位置方位的方法，包括：
产生所述移动站的多个位置方位；
基于所述多个位置方位，估计所述移动站的将来位置方位；
通过确定该位置方位是否处于所述移动站的估计的将来位置方位的规定范围之内，来评估近来产生的所述移动站的位置方位的有效性。
附图说明
在结合附图仔细考虑了以下具体实施方式后，对于本领域的普通技术人员来说，以下所述的本法明将会变得更加显而易见。
图1示出与卫星定位系统中的若干卫星进行通信的移动站和通信网络中的基站。
图2示出根据本发明示例性实施例的处理流程图。
图3示出带有移动站位置方位的历史记录、估计的未来位置方位和验证确定所需要的另一个位置方位的蜂窝通信网络或系统的地图。
具体实施方式
通常，在一个实施例中，在通信网络中，蜂窝电话手持机(在此称为“移动站”)的基于非网络的位置方位(例如基于卫星定位系统的位置方位)被通过比较基于卫星定位系统的位置方位和一个或多个之前的位置方位(例如，先前的基于网络的位置方位，或估计的将来位置方位)而验证(validate)。在另一个蜂窝手持位置验证应用中，验证确定(validation determination)所希望的位置方位可能是基于网络的位置方位，其被与一个或多个之前的基于网络的位置方位或估计的将来方位比较。
一般而言，本公开可以应用于验证任何移动站的位置方位，因此不限于验证蜂窝通信网络中的位置方位。另一个应用包括(例如)通过将验证确定所希望的、基于卫星定位系统的位置方位和一个或多个先前的基于卫星定位位置方位或与估计的将来位置方位进行比较，来验证GPS导航设备和其它的卫星定位系统使能的手持设备(在此通称为“移动站”)中的基于GPS的位置方位。
更一般地说，通过将定位方位与一个或多个移动站的先前的或估计的将来位置方位比较来验证任何移动站的任何位置方位，一个或多个移动站的先前的或估计的将来位置方位可由相同的或不同的位置确定方法和装置所获得。因此，本公开可以具有不限于手持或电池工作的移动站的其它应用。这些其它应用包括(例如)监测，定位和监视货物和有价值的资产、以及其它方面。
在示例的实施例中，基于非网络的位置方位是卫星或基于全球定位系统的位置方位。适用于这种目的的已知的示例卫星或全球定位系统尤其包括美国的导航卫星定时测距(NAVSTAR)全球定位系统(GPS)，和俄罗斯的全球轨道导航系统(GLONASS)。可以独自地(autonomously)或者利用一个或多个陆地基站的帮助而获得基于卫星的定位方位。
在本发明的其它实施例中，基于非网络的移动站位置方位可以基于除了卫星定位系统之外的位置定位系统，例如包括(但不限于)远距离无线电导航系统(LORAN)或者其它的基于无线电的导航系统。
图1说明系统10，用于获得和验证蜂窝通信网络中的蜂窝电话手持设备或移动站12的基于全球定位系统(GPS)的位置方位。
图2中，蜂窝通信网络通常包括多个小区，即包括小区A，B，C，D，E，F，G和H，每一个小区具有相应的蜂窝基站，在图1中仅仅示出这些基站中的一个即基站28。
图1中，卫星定位系统通常包括多个地球轨道卫星或地球轨道卫星群，图中仅示出了一些卫星，即卫星2，4和6。
图1中，示例的移动站12通常包括卫星定位系统信号接收接口(例如，GPS接收及测量系统(MS)14)，如本领域普通技术人员所公知的，用于独自地或者利用蜂窝通信网络的帮助或者一些其它网络(例如，差分全球定位系统(DGPS))接收从中确定基于GPS的移动站位置方位的GPS信号16。
移动站12通常也包括无线通信网络接口(例如，接收机/发射机(TXVR)24)，用于与蜂窝通信网络通信，例如向和/或从基站28通信，当移动站在网络附近移动时，基站28可能是服务或相邻基站。在一些实施例中，移动站不包括无线通信接口。
移动站通常也包括处理器22，其具有与之相关的存储器23，该存储器在一些实施例中容纳移动站位置信息或从中可导出所述信息的数据的存储。处理器22被连接到MS 14和TXVR 24，用于处理与之相关的信息。
在示例的蜂窝通信网络移动站定位应用中，当移动站在蜂窝通信网络附近移动时，移动站12采样来自相邻小区的信号，以获得相邻的基站标识、信号强度和其它信号信息，如通常所知，该信号被从移动站传送到服务基站以用于管理服务小区之间的切换。该信息通常被存储在查询表中，例如存储在服务基站或移动站中。
在一些实施例中，由移动站例行采样以用于服务器站之间切换的相邻基站信号数据形成了获得相邻基站的信号数据的基础，从所述相邻基站的信号数据中，可以确定基于网络的移动站位置估计和其它信息。移动站位置估计可以基于(例如)信号强度测量。
在其它的实施例中，对从中可以进行移动站位置确定的相邻基站的信号的采样脱离移动站为服务器站的切换而执行的例程采样(routinesampling)，例如，可以增加采样速率以提供更加频繁的基于网络的移动站确定。另外，相邻基站的采样可能与例程基站标识和信号强度确定无关，且可能实际上适于利用基于网络的位置方法来估计移动站位置的唯一目的。图1的处理流程框图说明了在采样方框200对相邻基站信号进行采样。
在一个实施例中，从由移动站采样的信号导出的相邻基站信号数据被用于至少粗略地确定移动站的位置信息，且在一些实施例中，用于确定旅行方向，和/或移动站的接近速度和速度信息。图3的处理流程框图说明了在导出方框210处根据相邻的基站信号来导出移动站的信息，例如移动站的位置，但是这个步骤更一般地包括根据基站的采样信号来导出移动站的任何其它信息。
在一些实施例中，时间属性(例如，获得信号的时间)与从采样信号导出的位置或地点或速度或速度信息相关，或者与从中确定所述信息的信号数据相关。在其它的实施例中，从中导出所述信息的已存储信息或信号数据具有与之相关的顺序属性，该顺序属性指出信号数据被采样的顺序或者基于其上的信息被导出的顺序。另外，通过对存储的信号进行排序，例如最早导出的基于网络的位置存储在第一存储位置，而最近导出的基于网络的位置存储在后面的存储位置中，可以维持信号获得的顺序。因此，移动站位置方位的历史记录可以被导出或产生并且存储，从而提供一参考，可以将更近的移动站位置方位与该参考比较来进行验证估计。另外，所述历史记录可作为估计将来移动站位置方位的基础，更近的移动站位置方位可以与该基础进行比较来进行验证估计。
图3说明在相关方框220将一属性与从相邻基站的信号中导出的信息相关，但在所述属性与从中导出移动站信息(例如，地点)的信号参数数据相关而不是与信息本身相关的实施例中，该可选步骤可以另外出现在采样和导出步骤之间，即出现在方框200和210之间。
在一个实施例中，从采样的基站信号中导出的特定信息和与之相关的任何属性被存储，例如存储在移动站的存储器23或者基站28的存储器27中。从采样的基站信号中导出的已存储的信息可以是(例如)移动站的地点和/或方向和/或速度和/或速度信息。这个存储步骤示在图3的存储方框230中。
在另一个实施例中，由移动站接收的基站信号参数数据和与之相关的任何属性在它们被接收时就被存储，以用于随后的处理，例如用于处理来确定移动站的位置和/或方向和/或速度信息。在这个替换实施例中，在方框230的存储步骤出现在方框210处的信息导出步骤之前。
在一个实施例中，根据在移动站处从几个相邻基站接收的信号强度，进行一个或多个移动站位置确定。在一个实施例中，从例行地用于蜂窝站切换操作的查找表中导出该信息。更一般地，基于信号强度的移动站的位置方位、或者从中导出它们的信号数据被存储在一些其它的专用存储器位置中，以与验证确定所希望的一些后来导出的位置方位进行比较，下面将深入介绍。
在其它实施例中，根据在移动站处接收到的网络基站信号的与时间相关的参数，例如根据到达时间(TOA)测量值、或者增强的观测到达时间(EOTD)测量值、或者到达的时间差分(TDOA)测量值、其它参数值，获得移动站的位置确定、或者方位。
在其它实施例中，在基于其它网络的移动站位置方位方法中，根据在移动站处接收到的网络基站的一些其它参数，例如根据到达角度(AOA)测量值、或根据增强的前向链路三角测量(AFLT)测量值，获得移动站的位置方位。
通常，如下所述，将多个基于网络定额移动站位置方位、或者从中导出所述位置方位的信号数据存储在移动站中，或者存储在一个基站中，或者存储在一些其它位置中，用于与验证确定所希望的后来导出的位置方位进行比较。
在一个实施例中，移动站从相邻移动站采样信号或其中的参数，如下所述，当移动站在蜂窝通信网络中移动时，它们有助于确定移动站的位置方位。
图2中，通信网络中的移动站的地点由具有数字1-5的多个圆表示，最早的定位方位(position fix)1位于小区G和H之间的某地，随后的位置方位2-5位于小区E和C中，表明移动站总的来说正向小区A移动。
图2中，每一个位置方位1-5的半径表现出不确定性或者可能存在错误。位置方位的不确定性取决于多个因素，例如确定位置方位所用的特定方法，信号强度和本领域普通技术人员所公知的其它因素。通常，与每一个位置方位相关的圆的半径越大，则与之相关的错误越大。如下所述，在移动站位置方位被存储的实施例中，如果知道不确定性信息，可将它存储作为与基于网络的位置方位相关的错误属性。
图3说明了在方框240产生基于非网络的(例如，基于GPS的)移动站位置方位。可以独自地或利用包括但不限于网络辅助和DGPS的辅助来产生示例的基于GPS的位置方位。另外，如上所述，基于非网络的位置方位可以是基于远距离无线电导航系统(LORAN)的位置方位或者不基于通信网络的一些其它移动站位置方位。然而，一般而言，方框240示出通过验证确定所希望的任何方法或装置来产生移动站位置方位。例如，在方框240处产生的位置方位也可以是基于网络的位置方位。
在一个实施例中，如图2的方框260所示，评估对基于GPS的位置方位的验证是通过比较该位置方位与一个或多个先前的基于网络的位置方位来进行的。所述比较可以由移动站12的处理器22或者一个基站的处理器29(例如，服务的基站)来执行，或者可以在所述数据被存储的一些其它位置处执行。比较进行的地方可取决于多个因素，诸如基于网络的位置方位或者从中确定基于网络的位置方位的信号数据的存储位置、处理容量的可用性、要求验证信息的位置(例如在灾E-911紧急操作站等处)。
如图3的方框250所示，在先前的位置方位的形式不同于验证确定所希望的位置方位的实施例中，在比较之前，位置方位通常被翻译成共同位置形式(例如，坐标体系)。例如，基于GPS的位置方位是在经纬度坐标中。在一个实施例中，在与基于GPS的经纬度方位比较之前，将一个或多个基于网络的移动站位置方位原始形式翻译成经纬度坐标。可以在进行存储之前或者刚好在与基于GPS的位置方位比较之前执行翻译一个或多个基于网络的位置方位。另外，基于GPS的位置方位被翻译成基于网络的位置方位的坐标形式。
在一个实施例中，基于网络的位置方位仅仅是服务移动站的基站的标识，其粗略地指出移动站的位置可能位于其坐标已知的服务器基站的蜂窝地理区域(geography)中。利用这个粗略的基于网络的移动站位置信息，可识别在基于GPS的位置方位中的总误差(gross error)。特别地，如果基于GPS的位置方位在基于网络的移动站位置方位的粗略估计范围之外，可以认为GPS位置方位无效。如果GPS位置方位在移动站的粗略估计范围之内，可认为基于GPS的位置方位有效。
如上所述，通过采样来自几个相邻基站的信号，可以获得基于网络的移动站位置方位，从而可以在例如如图2所示的通信网络的特定小区之内的、具有不确定性的区域相对精确地定位移动站。因此，在一些实施例中，如果基于GPS的移动站的位置方位处于基于网络的移动站位置方位的规定距离或范围之内，可以认为基于GPS的位置方位是有效的。然而，如果GPS位置方位位于基于网络的位置方位的规定范围之外，可以认为基于GPS的位置方位无效。
在一些实施例中，在验证确定所要求的位置方位被认为是有效的的可接受范围是基于在参考位置方位的产生和验证确定所希望的位置方位的产生之间经过的时间间隔的或者是它的函数。通常，时间间隔越大，验证确定所要求的位置方位被认为是有效的可接受范围越大，因为移动站可以在更长的时间间隔内移动更远的距离。这个时间间隔可以被测量或估计。
除了上面介绍的时间间隔的考虑之外，在其中验证确定所要求的位置方位被认为是有效的可接受范围还可以是移动站的速度的函数。可以基于先前的位置范围或者其它已知的装置，例如一个或多个蜂窝信道的衰减程度(fading pitch)来估计移动站的速度。
在另一个实施例中，基于GPS的移动站位置方位的有效性的确定是通过比较该基于GPS的移动站位置方位和多个基于网络的位置方位来进行的。如果与比它所位于的早先的基于网络的位置方位相比，基于GPS的位置方位所处的位置更接近最近的基于网络的位置方位，或者如果它处于最近的位置方位的规定范围之内，则认为它是有效的。相反，如果与比它所位于的早先的基于网络的位置方位相比，基于GPS的位置方位所处的位置离最近的基于网络的位置方位更远，或者如果它处于最近的位置方位的规定范围之外，则认为它是无效的。
在其它的实施例中，估计的路径和在一些实施例中的移动站的旅行方向(如图2的线102所示)，可以被基于先前的移动站地点来确定、例如利用最小平方或者一些其它路径近似方法来确定。对移动站的将来估计位置是通过沿估计的路径外推来预测的。在图2中，例如，估计的将来定位方位6，L(v，t)是沿估计的路径102外推出来的，它是基于时间间隔和速度变量的一定距离。因此，验证确定所要求的位置方位可以通过比较其本身与移动站的估计的位置方位来验证它。
因此，可以根据移动站的估计的将来地点来定义可接受的有效范围，其中，在可接受的范围内的移动站位置方位被认为有效，而在范围之外的被认为无效。
在一些实施例中，利用上面介绍的一种或多种方法，将最近产生的基于网络的位置方位与先前产生的基网络的位置方位进行比较来估计最近的基于网络的位置方位的有效性。在估计随后的位置方位期间，可丢弃错误的或有问题的位置方位。
图2中，与最近产生的位置方位4和5相比，验证确定所要求的位置方位Z更接近早先产生的位置方位1和2，因此，位置方位Z可被认为是无效的。可以为认为位置方位Z是无效的，因为它的位置在与最近产生的参考位置方位5相关的可接受范围之外。如果估计了这样的将来位置方位，也可以认为位置方位Z是无效的，因为它的位置在与估计的将来位置方位6相关的可接受范围之外。
位置方位是否有效或无效很大程度上是主观的，通常，根据特定的应用要求来估计位置方位验证确定。移动站的可接受范围的限制可以容易地以软件来编程。
在一些应用中，对位置方位是否有效的确定可以通过手工确定，例如通过可视地显示验证确定所希望的的位置方位和形成在地图上的比较参考的、供人们进行估计用的基础的一个或多个先前的位置方位。这种位置信息的显示形式可有助于(例如)负责定位移动站并且将移动站位置通知给紧急响应人员的E-911操作者。
通常，当移动站位置方位被认为无效时，如图3中的决定方框270所示，可发起另一个位置方位，或者丢弃无效的或者不可信的移动站位置方位。在一些实施例中，当无效确定是由手工进行时，作出无效确定的一方可发起另一个位置方位，例如当先前的基于GPS的位置方位被怀疑时，E-911操作者可发起另一个基于GPS的位置方位。
尽管上面已经介绍了本发明来使本领域普通技术人员实施和利用当前被认为是最佳的方式，本领域普通技术人员可以理解和认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对它们进行等价替换、修改和变化，本发明的精神和范围不是由在此公开的示例实施例而是有权利要求书所限定。

Claims (2)

1.一种在移动站中验证移动站的位置方位的方法，包括：
产生所述移动站的多个位置方位；
基于所述多个位置方位，估计所述移动站的将来位置方位；
通过确定近来产生的所述移动站的位置方位是否处于所述移动站的估计的将来位置方位的规定范围之内，来评估近来产生的所述移动站的位置方位的有效性。
2.如权利要求1所述的方法，估计所述移动站的速度，根据所述估计的速度和时间间隔来定义所述规定范围。
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