CN102119546B - 混合gnss和tdoa无线定位系统 - Google Patents

Abstract

提供了用于位置确定的方法和装置，其使用来自全球定位系统（GPS）接收机和基于陆地的上行链路到达时间差（U-TDOA）接收机的测量。所述方法涉及通过计算可比较的交叉相关系数和关于U-TDOA参考站的到达时间差将下行链路卫星测量转换为等效的U-TDOA测量。所述方法包括加权操作，由此U-TDOA测量的相对权重和GPS测量的相对权重基于理论缩放来调整，后面是经验调整。所述方法还涉及对度量的有效计算和组合，所述度量用于将候选位置解与U-TDOA和GPS测量之间的加权误差最小化。通过在最佳位置解被接近时增加搜索操作的复杂性，上述最小化对于U-TDOA在两维上以及对于GPS测量在三维上有效地完成。

Description

混合GNSS和TDOA无线定位系统

交叉引用

本申请要求于2008年8月14日递交的第12/192,067号美国申请的优先权，该申请的内容通过引用被全部并入本文。

技术领域

本发明一般涉及用于定位也被称为移动台（MS）的无线设备——例如在模拟或数字蜂窝系统、个人通信系统（PCS）、增强的专用移动无线电装置（ESMR）以及其他类型的无线通信系统中使用的那些——的方法和装置。更特别地但不排他地，本发明涉及用于增加无线设备的无线定位的准确性和效率的方法，该无线设备包含在基于网络的无线定位系统中的全球导航卫星系统（GNSS）接收机。

背景

U-TDOA定位系统（以及其他定位系统）的定位性能一般被表示为一个或多个循环误差概率。美国联邦通信委员会（FCC）作为增强9-1-1第II阶段委托管理的部分要求基于网络的系统例如U-TDOA被部署为产生精确度，该精确度产生对于67%的应急服务呼叫者的一百米（100m或328.1英尺）的准确度以及对于95%的应急服务呼叫者的三百米（300m或984.25英尺）的准确度。

在1998年被首次在商业上部署的基于覆盖网络的无线定位系统在支持包括应急服务定位的基于定位的服务中被广泛地部署。当移动电话使用增加时，对于商业的基于定位的服务和用于增强的9-1-1的有线线路相同服务，对高准确度和高效率的无线定位的需要增加。

对于高准确性、高效率的无线定位系统的需要的例子可在于2007年11月20日发布的联邦通信委员会的07-166报告和指令中被找到。07-166指令确立了2010年9月11日的原定期限，到该原定期限为止所有的无线运营商必须展示在他们所服务的公共安全应答点（PSAP）的至少75%之内的全E911定位准确度一致性，并展示在所有其PSAP服务区域中的定位准确性要求的50%之内的一致性。该指令最初需要运营商在2010年9月11日之前实现他们所服务的所有PSAP的完全一致。

为了确保无线运营商朝着全PSAP级一致性取得进步，FCC设立了需要运营商在2008年9月11日之前在他们所服务的每个经济区域内以及在逐渐更小的地理区域（包括都市统计区域和乡村服务区域，在2010年9月11日之前）内实现位置准确度一致性的一系列临时基准，直到他们在2012年展示全PSAP级一致性。无线运营商必须向FCC递交两年一次的进展报告（分别在2009年和2011年的9月11日之前），其描述他们朝实现全PSAP级一致性的进展。一致性被预期为基于如在FCC工程和技术（OET）办公室公报第71号准则中详细说明的测试；但是，FCC在07-116报告和指令中宣称FCC可在将来定义另外的测试报告要求。

FCC07-166报告和指令被美国哥伦比亚区巡回地区的上诉法院延缓，且所提出的时间表和期限处于危险中，但是FCC明确意图对无线运营商的E911系统强加更严格的要求。

委员会在颁布新标准中所阐述的目标没有改变，该新标准允许公共安全工作者更好地从无线电话定位要求紧急援助的个人。

当FCC朝着PSAP级定位准确度（以及效率）委托管理发展时，用于组合不同的定位技术的方法成为必要。本发明是在通信和定位技术的领域内。它提供用于组合GPS和U-TDOA的互补技术以实现准确度提高的手段。

GNSS接收机（GNSS系统的例子包括美国NAVSTAR全球定位系统和俄罗斯联邦的GLONASS系统。GNSS系统的其他例子（包括欧盟提出的伽利略系统和中国提出的北斗卫星导航和定位系统）一般产生高度准确的伪距测量，但是在城市环境卫星覆盖中可能变得非常有限。在城市环境中，U-TDOA具有的优势是具有更好的覆盖和更多的测量，但是一般提供较不准确的个人TDOA测量。当存在对这两个系统的稀疏覆盖时，这两个系统都不可能能够独立地提供位置解；但是，当一起使用时，准确的定位估计变得可行。

提供了有效地利用来自GPS和U-TDOA网络的测量来找到移动台（MS）的位置的方法和系统。GPS中的下行链路伪距测量被转换成U-TDOA并与其他测量组合。卫星基于在伪距测量时的卫星位置被处理为具有非常高的天线高度的传输塔。

本文所描述的创造性技术和概念应用于所有的全球导航卫星系统以及时分复用和频分复用（TDMA/FDMA）无线通信系统，包括广泛使用的IS-136（TDMA）、GSM、OFDM和SC-FDMA无线系统，以及码分无线通信系统例如CDMA（IS-95、IS-2000）和通用移动电信系统（UTMS），后者还被作为W-CDMA。以下所描述的用于移动通信（GSM）模型和美国NAVSTAR全球定位系统（GPS）的全球系统是本发明可被使用的示例性的而不是排他性的环境。

参考文献

对于与本文所描述的主题相关的另外的背景可参考以下的参考文献：

[1]B.W.Parkinson,J.J.Spilker,P.Axelrad和P.Enge,"GPSNavigation Algorithms,"in Global Positioning Systems:Theory andApplications Volume1,American Institute of Aeronautics andAstronautics,Inc.Washington,DC,1996.

[2]A.Leick,GPS Satellite Survey,2^nd Ed.,John Wiley&Sons,Inc.,New York,1995.

[3]R.Thompson,J.Moran和G.Swenson,Interferometry andSynthesis in Radio Astronomy,John Wiley and Sons,1986.

[4]R.McDonough,A.Whalen,Detection of Signals in Noise,2ndEd.,Academic Press.,San Diego,CA,1995.

[5]W.Venables和B.Ripley,Modern Applied Statistics with S-PLUS,Springer-Verlag,1997.

[6]Fernandex-Corbaton等人,“Method and apparatus fordetermining an algebraic solution to GPS terrestrial hybrid locationsystem equations,”美国专利6,289,280，2001年9月11日。

[7]J.Cho,“Hybrid navigation system using neural network,”美国专利6,919,842,2005年7月19日。

[8]Soliman等人,“Method and apparatus for determining thelocation of a remote station in a CDMA communication network,”美国专利6,188,354,2001年2月13日。

[9]美国专利5,327,144，Stilp等人

[10]美国专利5,608,410，Stilp等人

[10]美国专利申请10/748367，Maloney等人

[12]美国专利4,445,118，Taylor等人

概述

如无线定位领域中技术人员所熟知的，测量出的TDOA值可被用来确定无线发射机的地理位置。在本发明中，对于给定组的U-TDOA测量执行GPS伪距的转换，以便对两种不同技术实现测量基线的准确组合。然后，找到作为测量数据的函数的GPS基线的初始权重，后面是优化GPS和U-TDOA权重的相对缩放比例的改进。然后执行搜索和降低权重的迭代过程。搜索过程需要两种类型的测量的组合，其包括对于每种类型的测量解决独立的偏倚。这个搜索过程还包括对于GPA而不是对于U-TDOA必要的垂直（Z）维度的计算。然后执行不同的降低权重操作来改进先前的解。最后，来自几何精度因子（GDOP）计算和残差计算的结果提供对产生最终位置解的停止条件的输入。

附图的简要说明

当结合附图阅读时，前述的概述以及以下的详细描述被更好地理解。为了说明本发明的目的，附图中示出了本发明的示例性结构；但是，本发明不限于所公开的具体的方法和工具。在附图中：

图1：混合GPS/U-TDOA网络的图示。

图2：混合GPS/U-TDOA过程的关键处理阶段。

图3：从GPS到U-TDOA的转换的图示。

图4：从GPS到U-TDOA的转换的流程图。

图5：对基线权重的混合GPS/U-TDOA缩放。

图6：GPS和U-TDOA权重的经验缩放的范例曲线。

图7：搜索过程的流程图。

图8：初始垂直定位的图示。

图9：对卡方（chi-square）度量的范例z相关性。

图10：作为z维的函数的在卡方计算中的不确定性的图示。

图11：精细的z搜索的流程图。

图12：GPS降低权重过程的流程图。

图13：偏倚的例子。

说明性实施方式的详细描述

我们现描述本发明的说明性实施方式。首先，我们提供问题的详细概述且然后提供我们的解决方案的更加详细的描述。

图1示出了U-TDOA、A-GPS混合无线定位系统。为了方便，只示出无线定位系统的操作部件，处理对于基于定位的服务所共有的管理、计费、接入控制和授权服务的部件例如中间件服务器（例子包括移动定位中心（MPC）或全球移动定位系统（GMLC））未被示出。

在图1中，GNSS星群由两个卫星101代表，这两个卫星101以预先确立的格式发送包括年鉴和星历数据的无线电数据流107，其允许移动设备102的GNSS接收机子系统在地球表面105上的任何位置用大地高度或椭球高度的估计潜在地自我定位。包含年鉴和星历数据的无线电传输107还由U-TDOA网络的参考接收机103和协作接收机104接收。

由在地理上分布的接收机103、104、位置确定实体（PDE）106和相关数据网络109组成的U-TDOA无线定位网络使用移动设备102上行链路传输108和由GNSS星群101无线电传输107提供的单个时基来探测参考接收机103和1个或多个协作接收机104之间的到达时间差。然后使用也称为双曲线定位的多边法（Multi-Lateration）来计算位置估计。

GPS伪距向U-TDOA的转换：

将伪距与到U-TDOA参考站的几何距离进行比较，以便计算U-TDOA参考站和MS处的测量点之间的到达时间差。这在图3中连同U-TDOA测量的部件一起被示出。如图3中所示出的，卫星301的位置已知，即（X1，Y1，Z1）。卫星301的传输通过卫星传输路径303在移动设备102上被接收，且通过卫星传输路径302在参考接收机103上被接收。在移动设备102上和参考接收机103上被接收的卫星信号之间的到达时间差被转换为对于GPS TDOA（G-TDOA）的到达时间差。通过陆地无线电路径305的协作接收机104和通过陆地无线电路径304的参考接收机103之间的到达时间差是对于U-TDOA技术来说典型的测量出的U-TDOA。

U-TDOA测量表示在协作基站和参考基站上的移动信号的到达时间差。对于U-TDOA测量，MS位置是未知的，而参考基站和协作基站的位置是已知的。对于所计算的G-TDOA，MS的作用被改变。MS实际上是具有未知位置的协作者，该未知位置从具有已知位置的卫星被接收。MS的作用被改变，且不是如在U-TDOA中的那样有在发射机处的未知位置和在协作者处的已知位置，而是未知位置在协作者（MS）处且已知位置在发射机（卫星）处。参考塔用作对于U-TDOA和G-TDOA的相同的参考。对于GPS，在参考塔和卫星之间的视线（LOS）传播延迟可被直接计算，因为参考塔位置是已知的，且卫星位置可被计算。

如图2中所示出的，混合GPS/U-TDOA过程的关键处理阶段进入过程201。然后GPS测量被转换为移动设备和GPS/GNSS101之间的TDOA范围或基线（202）。然后PDE106计算对于混合GPS/U-TDOA基线的权重。然后过程变为迭代的并通过加权迭代来循环（204）直到符合停止条件（208）。在迭代循环中，使用当前的基线加权来确定混合位置估计（205），然后对U-TDOA基线执行降低权重操作（206）以及对GPS基线执行降低权重操作（207）。迭代循环204继续直到符合预设的停止条件（208）。当迭代的数量超过预先确定的最大值时或当GDOP开始超过预先确定的阈值时停止条件出现。当前面的条件符合时，最后的位置解是被返回的那个解。当后面的条件符合时，来自先前迭代的位置解是被返回的那个解。然后混合GPS/U-TDOA过程结束（209），产生混合位置估计。

用于将GPS参数转换为TDOA的程序在图4中被描绘出。一旦进入该程序（401），就识别出TDOA参考塔（402），且然后对于每个卫星计算TDOA（403）。对于每个卫星（403），找到卫星的位置，且在[1]中对伪距进行标准校正（404），以使得它们反映几何距离（405）。然后计算卫星和参考塔之间的传播延迟（406）。然后通过用光速除所校正的伪距来计算卫星和MS之间的所测量的传播时间（407）。注意，如稍后所描述的，在这个传播延迟中仍有必须被移除的接收机时钟误差偏倚。GPS TDOA被计算为从卫星到MS的传播延迟与从卫星到参考塔的传播延迟之间的差（408）。

然后对在MS上接收到的伪随机噪声（PRN）和在参考塔上的PRN的假设接收之间的交叉相关计算相关系数（409）。如果参考塔上的信噪比（SNR）相对于MS（充当协作者）上的SNR是大的，那么对于第i个伪距测量，在MS上的SNR和相关系数之间存在以下的关系[3]：

${\mathrm{SNR}}_i^{1/2}\≈{\mathrm{\ρ}}_i/{(1-{{\mathrm{\ρ}}_i}^2)}^{1/2}---\left(1\right)$

当协作者（MS）上的SNR是已知时，这个方程被重新整理且对于GPSTDOA的相关系数是：

ρ_i=1/(1+1/SNR_i)^1/2                                      （2）

这提供了对伪距测量的质量的测量，其与使U-TDOA协作者和参考信号测量交叉相关是可比较的。

然后该程序对于由移动设备接收到的每个卫星循环，直到所有的卫星都被处理（410）。然后该程序结束（411），返回

加权程序：

基于由GPS接收机报告的SNR，伪距测量被加权。因为对于不同的技术执行对于GPS和U-TDOA的加权操作，在因而得到的RMS误差估计中的差异被预期。因此，GPS和U-TDOA权重基于因子被缩放，该因子包括对于U-TDOA和GPS的测量误差分布、可用GPS测量的数量以及可用U-TDOA测量的数量。

图5示出了加权程序。一旦被进入（501），该程序就首先基于来自Cramer Rao界限[4]的RMS误差来计算初始加权（502）。在加性高斯白噪声（AWGN）中的TDOA RMS误差中的下限是：

${\mathrm{TDOA}}_{\mathrm{rms}}=\frac{\sqrt{12}}{2\mathrm{\πB}{\left(2\mathrm{BT}\right)}^{1/2}{\left({\mathrm{SNR}}_i\right)}^{1/2}}---\left(3\right)$

其中，B是信号带宽，而T是相干积分长度。带宽和积分长度是用于U-TDOA探测的空中接口所特有的。对于来自（3）的每个GPS基线，使用GPS SNR以及对U-TDOA测量的空中接口参数来计算基于空中接口aTDOA_{rms_i}的理论TDOA RMS误差（503）。

U-TDOA RMS误差估计可被增强以对多径效应进行补偿。例如，对于带有GMS空中接口的第i个基线，由于多径引起的U-TDOA误差的标准偏差被计算为：

${\mathrm{\σ}}_{M\_i}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{K_M}{\sqrt{{\mathrm{SNR}}_i}}& {\mathrm{SNR}}_i\≤{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{knee}}\\ \frac{K_M}{\sqrt{{\mathrm{SNR}}_i}}\sqrt{\frac{{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{knee}}}{{\mathrm{SNR}}_i}}& {\mathrm{SNR}}_i>{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{knee}}\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中K_M是由经验确定的，且SNR_knee是期望有更快速的下降的点。对于其他的空中接口例如WCDMA或CDMA2000可计算类似的项。

权重是对于来自噪声和多径的贡献的平方的权重，给出对于空中接口的理论加权：

$W_{\mathrm{ai}}=\frac{1}{a{\mathrm{TDOA}}_{\mathrm{rms}\_i}^2+{\mathrm{\σ}}_{M\_i}^2}---\left(5\right)$

然后，这个理论加权使用测量数据被缩放（504）。仅GPS的基线测量误差的数据库505和仅U-TDOA的测量误差数据库506从大量的以前的GPS和U-TDOA位置被编译。在这些数据库中的每个上被平均的RMS误差的比值提供粗比例因子Sc，为：

$S_c=\frac{{\mathrm{UTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2}{{\mathrm{GTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2}---\left(6\right)$

其中，GTDOA_rms是被测量的GPS RMS误差，且UTDOA_rms是被测量的U-TDOA RMS误差。这个比值是离线计算的常数。然后，对于每个GPS基线的初始加权是粗比例因子和来自理论GPS TDOA的权重的乘积，为：

$W_{\mathrm{gi}}=\frac{{\mathrm{UTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2}{{\mathrm{GTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2}\frac{1}{a{\mathrm{TDOA}}_{\mathrm{rms}\_i}^2}=S_c{W}_{\mathrm{ai}}---\left(7\right)$

然后，精细比例因子S_f可使用混合GPS/U-TDOA测量被计算（507）。最后的测量权重是：

W_Gi=SW_ai  （8）

其中S=S_fS_c。混合解对S的敏感度可对于混合位置测量的数据库来离线计算（508）。

加权程序然后退出（509），返回加权因子，其提供对混合技术的最小位置误差。

示例性的曲线在图6中被示出，其中位置误差的第67个百分位被绘制为以分贝为单位的S的函数。对于这个例子，有30个U-TDOA基线，且GPS的数量是变化的。图6的最左端对应于仅U-TDOA的解，且最右端对应于仅GPS的解。这些极值之间的混合解示出相对于仅使用这些技术之一的良好的改进。对于这个例子，显然最佳缩放是在40-80dB的范围内，取决于GPS基线的数量。这个计算是在测量数据可用时被离线执行的。最佳值可根据GPS基线的数量和U-TDOA基线的数量轻微变化，这可指示使用S的二维查找表以获取进一步的改进。粗略搜索可被用作精细搜索的起始点以减少计算时间。对于这个例子，粗比例因子是S_{c_dB}=10log₁₀(283/1.2)²=47dB，其是提供最小误差的比例因子的轻微低估。混合加权最小二乘（WLS）算法

使用对GPS和U-TDOA贡献中的偏倚应用分析解的混合WLS算法。对于GPS贡献，上述的转换和加权被执行且与由伪距测量获得的所计算的GPS U-TDOA值组合。对于GPS基线执行3维搜索也是必要的。

图7a示出搜索过程和对加权最小二乘计算的调用。一旦程序开始（701），TDOA参考塔就必须被识别（702），因为它是采用测试MS位置计算TDOA值所需要的。使用增加的分辨率执行搜索，直到符合停止条件。卡方度量对于每个测试位置被计算并被求和。U-TDOA搜索照常在二维中执行。对于GPS基线的z搜索以增加的精确性被执行，如z搜索标准所保证的。

组合的卡方度量的计算现在对于GPS和U-TDOA涉及单独的偏倚值。一般地，卡方度量计算为：

$Q_s=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{TDOA}}_i-{\mathrm{\τ}}_i-B)}^2{W}_i---\left(9\right)$

其中，

TDOA_i是从参考地点到第i个地点的TDOA

τ_i是从当前的MS位置到第i个地点的LOS传播时间

N是基线的数量

B是偏倚项[偏倚对于所有基线是常数，且因此可不被计算在内]

对于偏倚的最小解通过将（9）关于B的导数设置等于零以及对B求解来找到，给出：

$B=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{TDOA}}_i-{\mathrm{\τ}}_i)W_i/\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i---\left(10\right)$

将（10）代入（9）产生较正偏倚的卡方度量，为

$Q_s=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{TDOA}}_i-{\mathrm{\τ}}_i)}^2{W}_i-{\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{TDOA}}_i-{\mathrm{\τ}}_i)W_i\right)}^2/\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i---\left(11\right)$

偏倚项包括无线信号的真实飞行时间的增加，其对于所有接收到的信号是常数，且因此可以被减小。偏倚的例子是接收机时钟误差，其可能对于GPS是大的，且应用于所有的接收到的GPS信号。最小化（10）的偏倚消除了在（11）中的时钟误差相关性。组合的卡方度量由（11）得到，作为对不同技术的各个卡方度量的和，为

Qs=QsU(x,y)+QsG(x,y,z)（12）

其中，

$Q_{\mathrm{sU}}(x,y)=\underset{i=1}{\overset{N_U}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{UTDOA}}_i-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{Ui}}(x,y))}^2{W}_{\mathrm{Ui}}-{\left(\underset{i=1}{\overset{N_U}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{UTDOA}}_i-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{Ui}}(x,y))W_{\mathrm{Ui}}\right)}^2/\underset{i=0}{\overset{N_U}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{Ui}}$

$Q_{\mathrm{sG}}(x,y,z)=\underset{i=1}{\overset{N_G}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{GTDOA}}_i-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{Gi}}(x,y,z))}^2{W}_{\mathrm{Gi}}-{\left(\underset{i=1}{\overset{N_G}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{GTDOA}}_i-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{Gi}}(x,y,z))W_{\mathrm{Gi}}\right)}^2/\underset{i=0}{\overset{N_G}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{Gi}}$

且

N_G是GPS基线的数量

N_u是U-TDOA基线的数量

GTDOA_i是对于第i个基线的转换后的GPS伪距测量

UTDOA_i是第i个基线的U-TDOA测量

W_Gi是GPS基线权重

W_Ui是U-TDOA基线权重

τ_Gi=τ_SAT-MS(x,y,z)-τ_SAT-Ref(x,y,z)

τ_Ui=τ_MS-Coop(x,y)-τ_MS-Ref(x,y)

对于每个地图分辨率，存储使（12）最小化的位置。对于每个相继的分辨率，搜索区域的中心被定在上一个最小值。如果最小位置落在地图的边缘上，那么分辨率不增加，但是搜索区域移动。当在预先确定的最高分辨率处找到最小值时，搜索过程结束。

Z搜索技术：

因为对于准确的GPS解而不是对于U-TDOA需要高度位置估计，快速搜索算法被用来有效地使用GPS测量。这包括初始估计、粗略搜索、精细搜索和操纵准则的使用。

图8示出z位置的初始估计。这个图示出参考塔103的位置在地球表面105到二维平面801上的投影的中心处。在U-TDOA坐标系统中，参考基站高度定义Z=0。当考虑地球的曲率105时，关于U-TDOA坐标系统可找到在z维上的初始搜索位置。粗略搜索涉及计算和使用初始的Z估计Zo802，其是移动设备102在地面水平以上的一般高度803处的位置，如图中所示出的。

图9示出卡方度量对Z位置的相关性。在此处显然，期望找到在这个曲线的最小值处的Z值。由于测量的不确定性，不保证平滑的曲线。图10通过放大图9示出Z相关性中的随机性。

有必要在计算速度和Z估计的准确性之间作出权衡。在图7b中示出对于Z搜索的初始化（707、708、709）以及用于选择粗略搜索711或精细搜索712的判决710的逻辑。粗略搜索准则由选择对处于预先确定的分辨率阈值之下的分辨率的粗略搜索组成。一旦达到分辨率阈值，就接着执行精细搜索。搜索从初始Z值Zint开始。搜索可以可选地计算初始Z估计Zo。这个计算通过将Zint设置为预先确定的未定义的值被指定（709）。当测试位置在搜索区域的边缘上时，初始的开始点也将被计算为Zo（709）。当选择精细搜索且搜索的开始不在搜索区域的边缘上时，来自先前搜索的z分量被用作当前的Z搜索的开始点（708）。

图11a和图11b示出精细的Z搜索如何被执行。一旦精细的Z搜索程序开始（1101），如果初始搜索位置未被定义（1102），那么Zo被计算且被用作搜索的开始（1104）。否则，最初传递的值被用作开始（1103）。通过改变测试Z点，在向上的方向上（增加z）执行搜索（1105），计算卡方度量（1106），且存储最小值（1107）。向上搜索继续，直到有小于当前的卡方度量的Nup个连续的卡方值（1108）。

下一步，如图11b中所描述的，执行向下搜索。搜索开始点被初始化为Zint（1109）。通过改变测试z点，在向下的方向（减小z）上执行搜索（1110），计算卡方度量（1111），并存储最小值（1112）。向下搜索继续，直到有小于当前的卡方值的Ndown个连续的卡方值，在这时向下搜索停止（1113）。一旦结束（1114），精细的Z搜索返回在所有测试点上的最小卡方值。

迭代降低权重

GPS基线的降低权重被迭代地执行。由于产生离群值的机制中的差异，U-TDOA和GPS基线的有效的降低权重是不同的。中位数绝对偏差（MAD）操作[5]被应用于GPS基线且与对U-TDOA的常规降低权重操作组合。

GPS降低权重流程图在图12中被示出。以下的术语在图12中被使用：

·Kd——用于降低权重的恒定缩放

·Ma——绝对偏差的中位数

·Nb——GPS基线的数量

·Nmax——要被降低权重的基线的最大数量

·Sd——降低权重比例因子

一旦GPS降低权重程序被进入（1201），当前的位置解就用于对每个基线寻找GPS残差GTDOA_i-τ_Gi(x,y,z)（1202）。中位数残差接着被计算（1203），以及离所述中位数的绝对偏差被计算（1204）。然后计算绝对偏差的中位数Ma（1205）。

绝对偏差的中位数Ma被用在对于基线的循环中（1206），以确定基线是否应被降低权重。残差阈值被定义为Kd*Ma/Nb，其中Kd是常数，而Nb是GPS基线的数量（1207）。如果残差大于这个阈值且降低权重的基线的数量在由Nmax给出的最大值之下（1208），那么基线按比例因子Sd降低权重（1209）。当所有的基线都被考虑时（1210），迭代的降低权重结束（1211）。

图13用于示出由接收机引起的偏倚。在每种情况下，到达时间差由于接收到未解析的多径分量1302、1305、1307、1309以及接收机偏倚1303而被破坏，这限制了接收机确定真实飞行时间（TOF）1301、1304、1306、1308的能力。但是，因为偏倚是常数值，它可在最终位置计算之前不被计算在内。

结论

本发明的真实范围不限于本文所公开的当前优选的实施方式。例如，混合无线定位系统的当前优选的实施方式的前述的公开使用解释性术语，例如位置确定实体（PDE）、全球定位系统（GPS）、移动台（MS）等，其不应被解释为限制以下的权利要求的保护范围，或以其他方式暗示无线定位系统的创造性方面被限于所公开的具体方法和装置。

另外，如本领域技术人员将理解的，本文中所公开的很多创造性方面可在不基于TDOA技术的定位系统中被应用。例如，本发明不限于使用如上所述被构造的PDE的系统。TDOA接收机、PDE等本质上是在不偏离本文所公开的创造性概念的情况下可采取多种形式的可编程数据收集和处理设备。给出数字信号处理和其他处理功能的快速下降的成本，例如将对特定功能的处理从本文所描述的功能元件（例如PDE）中的一个转移到另一个功能元件（例如BTS）而不改变系统的创造性操作无疑是可能的。在很多情况下，提出本文所描述的实现方式（即，功能元件）仅是设计者的偏好而不是硬性要求。因此，除了当它们可被明确地这样限制以外，以下的权利要求的保护范围没有被规定为限于以上所描述的具体实施方式。

Claims (73)

1.一种在定位移动设备时使用的方法，包括：

(a)在所述移动设备处，基于从一个或多个卫星接收的信号来获取伪距测量，其中所述一个或多个卫星是全球导航卫星系统GNSS或全球定位系统GPS的至少一个的卫星，

(b)基于GPS伪距测量来计算GPS到达时间差G-TDOA值，所述G-TDOA值代表所述移动设备和所述GNSS或GPS的卫星之间的基线；

(c)获取代表第一陆地接收机和第二陆地接收机之间的第一基线的上行链路到达时间差U-TDOA测量；

(d)提供混合GPS/U-TDOA基线；

(e)计算对于所述混合GPS/U-TDOA基线的加权；以及

(f)使用所述混合GPS/U-TDOA基线和所述加权来估计所述移动设备的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法在包括U-TDOA无线定位网络和辅助式GPSA-GPS网络的混合无线定位系统中被实现。

3.如权利要求2所述的方法，其中来自所述全球定位系统或全球导航卫星系统的至少一个卫星的无线电数据流被U-TDOA定位子系统中的所述移动设备、参考接收机和至少一个协作接收机接收，所述数据流包括以预先确定的格式的年鉴和星历数据，其中所述移动设备能够用大地高度或椭球高度的估计潜在地自我定位。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述U-TDOA无线定位网络包括在地理上分布的接收机和位置确定实体PDE的网络，所述网络设置为使用来自所述移动设备的上行链路传输和由来自所述全球定位系统或全球导航卫星系统的至少一个卫星的无线电传输提供的时基来探测参考接收机和至少两个协作接收机之间的到达时间差，并使用多边算法计算位置估计。

5.如权利要求1所述的方法，还包括用于加权伪距测量的过程，所述过程包括基于由用于获取所述伪距测量的所述移动设备的GPS接收机报告的信噪比SNR来加权伪距测量。

6.如权利要求5所述的方法，其中用于加权伪距测量的所述过程还包括使用从过去的GPS和U-TDOA位置测量编译得到的GPS基线测量误差的数据库以及U-TDOA测量误差的数据库。

7.如权利要求6所述的方法，其中用于加权伪距测量的所述过程还包括使用粗比例因子S_c，其中所述粗比例因子S_c代表在所述GPS基线测量误差和所述U-TDOA测量误差上平均的均方根RMS误差的比。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述粗比例因子S_c被定义为：

$S_c=\frac{{\mathrm{UTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2}{{\mathrm{GTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2},$

其中GTDOA_rms代表所测量的GPS RMS误差，且UTDOA_rms代表所测量的U-TDOA RMS误差。

9.如权利要求8所述的方法，其中用于加权伪距测量的所述过程还包括指定所述粗比例因子和来自理论GPS TDOA的权重的乘积作为对于每个GPS基线的初始加权。

10.如权利要求9所述的方法，其中被指定为初始加权的所述乘积被定义为：

$W_{\mathrm{gi}}=\frac{{\mathrm{UTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2}{{\mathrm{GTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2}\frac{1}{a{\mathrm{TDOA}}_{\mathrm{rms}\_i}^2}=S_c{W}_{\mathrm{ai}},$

其中W_gi代表初始的GPS基线权重，W_ai代表空中接口上的理论权重，并且aTDOA_{rms_i}代表基于空中接口的理论加性高斯白噪声AWGN TDOARMS误差。

11.如权利要求6所述的方法，其中用于加权伪距测量的所述过程还包括使用混合GPS/U-TDOA测量计算的精细比例因子S_f。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述精细比例因子被使用来如下导出最终测量权重：

W_Gi＝SW_ai，

其中W_Gi代表最终的GPS基线权重，S＝S_fS_c。

13.一种在定位移动设备时使用的方法，包括：

在所述移动设备处，基于从一个或多个卫星接收的信号来获取伪距测量，其中所述一个或多个卫星是全球导航卫星系统GNSS或全球定位系统GPS的至少一个的卫星，

基于GPS伪距测量来计算GPS到达时间差G-TDOA值，所述G-TDOA值代表所述移动设备和所述GNSS或GPS的卫星之间的基线；

获取代表第一陆地接收机和第二陆地接收机之间的第一基线的上行链路到达时间差U-TDOA测量；

提供混合GPS/U-TDOA基线；

计算对于所述混合GPS/U-TDOA基线的加权，其中计算加权的步骤包括迭代降低权重方法，所述迭代降低权重方法包括使用当前基线加权来确定混合位置估计，以及然后对所述U-TDOA基线和G-TDOA基线降低权重，直到符合第一规定的停止条件或第二规定的停止条件；以及

使用所述混合GPS/U-TDOA基线和所述加权来估计所述移动设备的位置。

14.如权利要求13所述的方法，其中当迭代的数量超过预先确定的最大值时，认为符合所述第一规定的停止条件。

15.如权利要求14所述的方法，其中当符合所述第一规定的停止条件时最后的位置解被用作所述移动设备的位置的估计。

16.如权利要求13所述的方法，还包括确定几何精度因子GDOP值，其中当所述GDOP超过预先确定的阈值时，认为符合所述第二规定的停止条件。

17.如权利要求16所述的方法，其中当符合所述第二规定的停止条件时，来自先前的迭代的位置解被用作所述移动设备的位置的估计。

18.一种在定位移动设备时使用的方法，包括：

在所述移动设备处，基于从一个或多个卫星接收的信号来获取伪距测量，其中所述一个或多个卫星是全球导航卫星系统GNSS或全球定位系统GPS的至少一个的卫星，

基于GPS伪距测量来计算GPS到达时间差G-TDOA值，所述G-TDOA值代表所述移动设备和所述GNSS或GPS的卫星之间的基线；

获取代表第一陆地接收机和第二陆地接收机之间的第一基线的上行链路到达时间差U-TDOA测量；

提供混合GPS/U-TDOA基线；

计算对于所述混合GPS/U-TDOA基线的加权；以及

使用所述混合GPS/U-TDOA基线和所述加权来估计所述移动设备的位置；

其中计算G-TDOA值的步骤包括使用用于将GPS伪距转换为U-TDOA值的过程，所述过程包括：将GPS伪距与到所述U-TDOA无线定位网络的参考站的几何距离相比较，以及计算分别在所述移动设备和所述参考站上接收到的卫星信号的TDOA值，其中所述卫星和所述参考站的位置是已知的，且其中所计算的TDOA值代表所述G-TDOA值。

19.如权利要求18所述的方法，其中用于将GPS伪距转换为U-TDOA值的所述过程还包括识别所述参考站以及计算每个卫星的TDOA值，对于每个卫星，包括：

i.寻找所述卫星的位置，且对所述伪距进行校正以使得它们反映几何距离；

ii.计算所述卫星和所述参考站之间的传播延迟；

iii.计算所述卫星和所述移动设备之间的所测量的传播时间，所计算的时间包括接收机时钟误差偏倚；

iv.计算所述G-TDOA值作为从所述卫星到所述移动设备的传播延迟和从所述卫星到所述参考站的传播延迟之间的差；

v.计算在所述移动设备处接收到的伪随机噪声PRN信号和在所述参考站处的所述PRN的假设接收之间的交叉相关的相关系数；

vi.确定在所述参考站处的信噪比SNR相对于所述移动设备处的SNR是大的；

vii.使用所述SNR获取所述伪距测量的质量的测量；以及

viii.对每个卫星重复这个程序，所述每个卫星的信号被所述移动设备接收。

20.如权利要求19所述的方法，还包括使用所述移动设备处的所述SNR获取对于所述G-TDOA的相关系数的测量。

21.如权利要求20所述的方法，其中与G-TDOA值相关联的第i个伪距测量ρ_i的相关系数通常满足与所述移动设备处的所述SNR的下列关系：ρ_i＝1/(1+1/SNR_i)^1/2。

22.一种在定位移动设备时使用的方法，包括：

在所述移动设备处，基于从一个或多个卫星接收的信号来获取伪距测量，其中所述一个或多个卫星是全球导航卫星系统GNSS或全球定位系统GPS的至少一个的卫星，

基于GPS伪距测量来计算GPS到达时间差G-TDOA值，所述G-TDOA值代表所述移动设备和所述GNSS或GPS的卫星之间的基线；

获取代表第一陆地接收机和第二陆地接收机之间的第一基线的上行链路到达时间差U-TDOA测量；

提供混合GPS/U-TDOA基线；

计算对于所述混合GPS/U-TDOA基线的加权；

使用所述混合GPS/U-TDOA基线和所述加权来估计所述移动设备的位置；以及

还包括用于基于由用于获取所述伪距测量的所述移动设备的GPS接收机报告的信噪比SNR来加权伪距测量的过程，其中用于加权伪距测量的所述过程包括使用用于基于规定的因子来缩放GPS和U-TDOA权重的迭代降低权重过程，所述规定的因子包括对于U-TDOA和GPS的测量误差分布、可用的GPS测量的数量以及可用的U-TDOA测量的数量。

23.一种在定位移动设备时使用的方法，包括：

在所述移动设备处，基于从一个或多个卫星接收的信号来获取伪距测量，其中所述一个或多个卫星是全球导航卫星系统GNSS或全球定位系统GPS的至少一个的卫星，

基于GPS伪距测量来计算GPS到达时间差G-TDOA值，所述G-TDOA值代表所述移动设备和所述GNSS或GPS的卫星之间的基线；

获取代表第一陆地接收机和第二陆地接收机之间的第一基线的上行链路到达时间差(U-TDOA)测量；

提供混合GPS/U-TDOA基线；

计算对于所述混合GPS/U-TDOA基线的加权；

使用所述混合GPS/U-TDOA基线和所述加权来估计所述移动设备的位置；以及

还包括用于基于由用于获取所述伪距测量的所述移动设备的GPS接收机报告的信噪比SNR来加权伪距测量的过程，其中用于加权伪距测量的所述过程包括对于每个GPS基线，基于理论TDOA均方根RMS误差来计算初始加权。

24.如权利要求23所述的方法，其中理论加性高斯白噪声AWGNTDOARMS误差aTDOA_{rms_i}基于空中接口，且对于每个GPS基线使用GPS SNR和对所述U-TDOA测量的空中接口参数被计算。

25.如权利要求23所述的方法，其中所述TDOA RMS误差通过多径效应σ_{M_i}增加，且对于每个GPS基线使用GPS SNR和对所述U-TDOA测量的空中接口参数被计算。

26.如权利要求24所述的方法，还包括将空中接口上的理论权重W_ai计算为被平方的RMS误差的反函数，

$W_{\mathrm{ai}}=\frac{1}{{\mathrm{aTDOA}}_{\mathrm{rms}\_i}^2+{\mathrm{\σ}}_{M\_i}^2}.$

27.如权利要求24所述的方法，其中用于加权伪距测量的所述过程还包括缩放理论加权测量数据。

28.一种在定位移动设备时使用的方法，包括：

在所述移动设备处，基于从一个或多个卫星接收的信号来获取伪距测量，其中所述一个或多个卫星是全球导航卫星系统GNSS或全球定位系统GPS的至少一个的卫星，

基于GPS伪距测量来计算GPS到达时间差G-TDOA值，所述G-TDOA值代表所述移动设备和所述GNSS或GPS的卫星之间的基线；

获取代表第一陆地接收机和第二陆地接收机之间的第一基线的上行链路到达时间差U-TDOA测量；

提供混合GPS/U-TDOA基线；

计算对于所述混合GPS/U-TDOA基线的加权；

使用所述混合GPS/U-TDOA基线和所述加权来估计所述移动设备的位置；以及

使用混合加权最小二乘算法，所述算法提供对于GPS和U-TDOA贡献中的偏倚的分析解，包括执行GPS伪距贡献的转换以及将所转换的和加权的GPS贡献与从所述伪距测量获取的所计算的GPS TDOA值组合。

29.如权利要求28所述的方法，其中所述混合加权最小二乘算法还包括执行对于GPS基线的三维搜索。

30.如权利要求29所述的方法，其中所述混合加权最小二乘算法还包括采用所述移动设备的测试位置计算TDOA值并搜索直到符合规定的停止条件为止，包括对每个测试位置计算卡方度量并对所述度量求和。

31.如权利要求30所述的方法，其中所述混合加权最小二乘算法还包括计算包括对GPS和U-TDOA的分离的偏倚值的组合的卡方度量。

32.如权利要求31所述的方法，其中所述混合加权最小二乘算法还包括确定最小卡方度量和对应的测试位置，其中当以预先确定的最高分辨率找到最小值时，认为符合所述停止条件。

33.如权利要求30所述的方法，其中在包括所转换的GPS U-TDOA基线的三维中执行U-TDOA搜索，所述U-TDOA搜索包括首先在二维(x，y)中搜索在所有GPS基线上的最小卡方度量，且然后使用z搜索算法在第三维(z)中搜索。

34.如权利要求30所述的方法，其中规定的停止条件包括当最小位置解落到搜索空间的边缘上时在当前分辨率处继续进行搜索。

35.如权利要求30所述的方法，其中规定的停止条件包括当最小位置解落在搜索空间的边缘上时在当前地图分辨率处继续进行搜索。

36.如权利要求33所述的方法，其中所述z搜索算法包括使用所述移动设备的高度的初始估计、粗略搜索、精细搜索和操纵准则。

37.如权利要求36所述的方法，其中所述z搜索算法还包括在关于U-TDOA坐标系统的z维中寻找初始搜索位置；其中所述粗略搜索包括计算和使用代表在地面水平以上的一般高度处的所述移动设备的位置的初始估计Zo；其中所述操纵准则包括选择对处于预先确定的分辨率阈值之下的分辨率的所述粗略搜索，以及一旦达到所述分辨率阈值就执行所述精细搜索。

38.一种无线定位系统，包括：

用于与移动设备通信以及基于由所述移动设备从一个或多个卫星接收到的信号从所述移动设备获取伪距测量的装置，其中所述一个或多个卫星是全球导航卫星系统GNSS或全球定位系统GPS的至少一个的卫星；

用于基于GPS伪距测量来计算GPS到达时间差G-TDOA值的装置，所述G-TDOA值代表所述移动设备和所述GNSS或GPS的卫星之间的基线；

用于获取代表第一陆地接收机和第二陆地接收机之间的第一基线的上行链路到达时间差U-TDOA测量的装置；

用于提供混合GPS/U-TDOA基线的装置；

用于计算对于所述混合GPS/U-TDOA基线的加权的装置，其中用于计算加权的所述装置包括用于实现迭代降低权重的装置，所述迭代降低权重包括使用当前的基线加权来确定混合位置估计，以及然后对所述U-TDOA基线和G-TDOA基线降低权重，直到符合第一规定的停止条件或者第二规定的停止条件；以及

用于使用所述混合GPS/U-TDOA基线和所述加权来估计所述移动设备的位置的装置。

39.如权利要求38所述的系统，其中当迭代的数量超过预先确定的最大值时，认为符合所述第一规定的停止条件。

40.如权利要求39所述的系统，其中当符合所述第一规定的停止条件时，最后的位置解被用作所述移动设备的位置的估计。

41.如权利要求38所述的系统，还包括用于确定几何精度因子GDOP值的装置，其中当所述GDOP超过预先确定的阈值时，认为符合所述第二规定的停止条件。

42.如权利要求41所述的系统，其中当符合所述第二规定的停止条件时，来自先前的迭代的位置解被用作所述移动设备的位置的估计。

43.如权利要求38所述的系统，其中所述系统是包括U-TDOA无线定位网络和辅助式GPSA-GPS网络的混合无线定位系统。

44.如权利要求43所述的系统，其中来自所述全球定位系统或全球导航卫星系统的至少一个卫星的无线电数据流被U-TDOA定位子系统中的所述移动设备、参考接收机和至少一个协作接收机接收，所述数据流包括以预先确定的格式的年鉴和星历数据，其中所述移动设备能够用大地高度或椭球高度的估计潜在地自我定位。

45.如权利要求43的系统，其中所述U-TDOA无线定位网络包括在地理上分布的接收机和位置确定实体PDE的网络，所述网络设置为使用来自所述移动设备的上行链路传输和由来自所述全球定位系统或全球导航卫星系统的至少一个卫星的无线电传输提供的时基来探测参考接收机和至少两个协作接收机之间的到达时间差，并使用多边算法计算位置估计。

46.如权利要求38所述的系统，其中用于计算G-TDOA值的所述装置使用用于将GPS伪距转换为U-TDOA值的过程，所述过程包括：将GPS伪距与到所述U-TDOA无线定位网络的参考站的几何距离相比较，以及计算分别在所述移动设备和所述参考站上接收到的卫星信号的TDOA值，其中所述卫星和所述参考站的位置是已知的，且其中所计算的TDOA值代表所述G-TDOA值。

47.如权利要求46所述的系统，其中用于将GPS伪距转换为U-TDOA值的所述过程还包括识别所述参考站以及计算每个卫星的TDOA值，对于每个卫星，包括：

i.寻找所述卫星的位置，且对所述伪距进行校正以使得它们反映几何距离；

ii.计算所述卫星和所述参考站之间的传播延迟；

iii.计算所述卫星和所述移动设备之间的所测量的传播时间，所计算的时间包括接收机时钟误差偏倚；

iv.计算所述G-TDOA值作为从所述卫星到所述移动设备的传播延迟和从所述卫星到所述参考站的传播延迟之间的差；

v.计算在所述移动设备处接收到的伪随机噪声PRN信号和在所述参考站处的所述PRN的假设接收之间的交叉相关的相关系数；

vi.确定在所述参考站处的信噪比SNR相对于所述移动设备处的SNR是大的；

vii.使用所述SNR获取所述伪距测量的质量的测量；以及

viii.对每个卫星重复这个程序，所述每个卫星的信号被所述移动设备接收。

48.如权利要求47所述的系统，还包括用于使用在所述移动设备处的所述SNR来获取对所述G-TDOA的相关系数的测量的装置。

49.如权利要求48所述的系统，其中与G-TDOA值相关联的第i个伪距测量ρ_i的相关系数通常满足与所述移动设备处的所述SNR的下列关系：ρ_i＝1/(1+1/SNR_i)^1/2。

50.如权利要求38所述的系统，还包括用于执行加权伪距测量的过程的装置，所述过程包括基于由用于获取所述伪距测量的所述移动设备的GPS接收机报告的信噪比SNR来加权伪距测量。

51.如权利要求50所述的系统，其中用于加权伪距测量的所述过程包括使用用于基于规定的因子来缩放GPS和U-TDOA权重的迭代降低权重过程，所述规定的因子包括对于U-TDOA和GPS的测量误差分布、可用的GPS测量的数量以及可用的U-TDOA测量的数量。

52.如权利要求50所述的系统，其中用于加权伪距测量的所述过程包括对于每个GPS基线，基于理论TDOA均方根RMS误差来计算初始加权。

53.如权利要求52所述的系统，其中理论加性高斯白噪声AWGNTDOARMS误差aTDOA_{rms_i}基于空中接口，且对于每个GPS基线使用GPS SNR和对所述U-TDOA测量的空中接口参数被计算。

54.如权利要求52所述的系统，其中所述TDOA RMS误差通过多径效应σ_{M_i}增加，且对于每个GPS基线使用GPS SNR和对所述U-TDOA测量的空中接口参数被计算。

55.如权利要求53所述的系统，还包括用于执行将空中接口上的理论权重W_ai计算为被平方的RMS误差的反函数的装置，

$W_{\mathrm{ai}}=\frac{1}{{\mathrm{aTDOA}}_{\mathrm{rms}\_i}^2+{\mathrm{\σ}}_{M\_i}^2}.$

56.如权利要求53所述的系统，其中用于加权伪距测量的所述过程还包括用于缩放理论加权测量数据的装置。

57.如权利要求50所述的系统，其中用于加权伪距测量的所述过程使用从过去的GPS和U-TDOA位置测量编译得到的GPS基线测量误差的数据库以及U-TDOA测量误差的数据库。

58.如权利要求57所述的系统，其中用于加权伪距测量的所述过程使用粗比例因子S_c，其中所述粗比例因子S_c代表在所述GPS基线测量误差和所述U-TDOA测量误差上平均的RMS误差的比。

59.如权利要求58所述的系统，其中所述粗比例因子S_c被定义为：

$S_c=\frac{{\mathrm{UTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2}{{\mathrm{GTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2},$

其中GTDOA_rms代表所测量的GPS RMS误差，且UTDOA_rms代表所测量的U-TDOA RMS误差。

60.如权利要求59所述的系统，其中用于加权伪距测量的所述过程指定所述粗比例因子和来自理论GPS TDOA的权重的乘积作为对于每个GPS基线的初始加权。

61.如权利要求60所述的系统，其中被指定为初始加权的所述乘积被定义为：

$W_{\mathrm{gi}}=\frac{{\mathrm{UTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2}{{\mathrm{GTDOA}}_{\mathrm{rms}}^2}\frac{1}{a{\mathrm{TDOA}}_{\mathrm{rms}\_i}^2}=S_c{W}_{\mathrm{ai}},$

其中W_gi代表初始的GPS基线权重，W_ai代表空中接口上的理论权重，并且aTDOA_{rms_i}代表基于空中接口的理论加性高斯白噪声AWGN TDOARMS误差。

62.如权利要求57所述的系统，其中用于加权伪距测量的所述过程使用利用混合GPS/U-TDOA测量计算的精细比例因子S_f。

63.如权利要求62所述的系统，其中所述精细比例因子被使用来如下导出最终测量权重：

W_Gi＝SW_ai，

其中W_Gi代表最终的GPS基线权重，S＝S_fS_c。

64.如权利要求38所述的系统，还包括用于使用混合加权最小二乘算法的装置，所述算法提供对于GPS和U-TDOA贡献中的偏倚的分析解，包括执行GPS伪距贡献的转换以及将所转换的和加权的GPS贡献与从所述伪距测量获取的所计算的GPS TDOA值组合。

65.如权利要求64所述的系统，其中所述混合加权最小二乘算法还包括执行对于GPS基线的三维搜索。

66.如权利要求65所述的系统，其中所述混合加权最小二乘算法还包括采用所述移动设备的测试位置计算TDOA值并搜索直到符合规定的停止条件为止，包括对每个测试位置计算卡方度量并对所述度量求和。

67.如权利要求66所述的系统，其中所述混合加权最小二乘算法还包括计算包括对GPS和U-TDOA的分离的偏倚值的组合的卡方度量。

68.如权利要求67所述的系统，其中所述混合加权最小二乘算法还包括确定最小卡方度量和对应的测试位置，其中当以预先确定的最高分辨率找到最小值时，认为符合所述停止条件。

69.如权利要求66所述的系统，还包括在三维上执行U-TDOA搜索的装置，所述U-TDOA搜索包括首先在二维(x，y)中搜索在所有GPS基线上的最小卡方度量，且然后使用z搜索算法在第三维(z)中搜索。

70.如权利要求66所述的系统，其中规定的停止条件包括当最小位置解落到搜索空间的边缘上时在当前分辨率处继续进行搜索。

71.如权利要求66所述的系统，其中规定的停止条件包括当最小位置解落在搜索空间的边缘上时在当前地图分辨率处继续进行搜索。

72.如权利要求69所述的系统，其中所述z搜索算法包括使用所述移动设备的高度的初始估计、粗略搜索、精细搜索和操纵准则。

73.如权利要求72所述的系统，其中所述z搜索算法还包括在关于U-TDOA坐标系统的z维中寻找初始搜索位置；其中所述粗略搜索包括计算和使用代表在地面水平以上的一般高度处的所述移动设备的位置的初始估计Zo；其中所述操纵准则包括选择对处于预先确定的分辨率阈值之下的分辨率的所述粗略搜索，以及一旦达到所述分辨率阈值就执行所述精细搜索。