CN102713663B - 使用无线信号的位置确定 - Google Patents

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Abstract

移动站使用无线信号的测得参数改善基于卫星定位系统(SPS)增强式航位推算的位置估计来确定自己的位置。移动站使用SPS增强式航位推算来估计当前位置。移动站接收无线信号并测量例如收到信号强度和/或往返行程时间，将它们与数据库作比较以推导出基于无线信号的位置估计。随后可使用相应置信度将SPS增强式航位推算位置估计与基于无线信号的位置估计相熔合。可在移动站中生成并存储该数据库。在另一实施例中，在可由移动站访问的在线服务器上生成并存储该数据库。

Description

使用无线信号的位置确定
背景
在通信行业中，获得关于诸如蜂窝或其他无线通信设备之类的移动站的准确位置信息正日渐盛行。全球定位系统(GPS)给出一种用来提供无线移动站位置确定的办法。GPS用户可通过从环地轨道中的卫星飞行器(SV)得到的信息来推导包括三维位置、速度和时辰在内的精确导航信息。从这些SV接收到的信号通常是相当微弱的。因此，为了确定接收机的位置，接收机必须充分灵敏以接收这些微弱信号并解读它们所表示的信息。
目前的GPS接收机的一个限制在于，它们的操作局限于其中有多颗卫星清楚地在视野中而无障碍物并且良好质量的天线被正确地放置以接收此类信号的境况。由此，这样的GPS接收机在具有阻挡状况的区域中通常是不能使用的，诸如在有显著的植物或建筑物阻挡(例如，城市峡谷)的区域中以及在建筑物内。
一种补偿GPS定位局限性的方式是使用航位推算。航位推算被用来基于先前确定的位置以及自该先前确定的位置行进的方向和距离(例如，由运动传感器或其他传感器测得)来估计当前位置。然而，航位推算测量可能遭遇漂移误差的影响。例如，加速计中的漂移可能影响到所测得的行进距离。诸如自动扶梯的水平行进之类的其他环境因素也可能影响到距离测量。另外，地球磁场扰动(异常)可能影响磁测量，从而产生行进方向上的误差。因此，使用航位推算导致随着时间推移越来越不准确的位置确定。因此，希望对移动站的位置确定进行改进。
概述
移动站使用无线信号的测得参数(诸如收到信号强度和/或往返行程时间)改善基于卫星定位系统(SPS)增强式航位推算的位置估计来确定自己的位置。移动站使用SPS增强式航位推算来估计当前位置。移动站接收无线信号并测量这些无线信号的一个或更多个参数，将这些参数与数据库作比较以推导出基于无线信号的位置估计。可使用相应置信度将SPS增强式航位推算估计与基于无线信号的位置估计相熔合以改善移动站的估计位置。
无线信号地点数据库被用于辅助移动站的位置确定。无线信号地点数据库可以在移动站内生成或者在由移动站访问的在线服务器中生成。该数据库是通过接收无线信号的测得参数和测量地点的估计位置来生成的。例如基于无线信号的往返行程时间或路径损耗来估计无线信号接入点与测量地点之间的距离。随后基于该些估计距离和测量地点的估计位置来估计无线信号接入点的位置。无线信号接入点的估计位置及相应置信度被存储在数据库中。所存储的无线信号接入点位置及相应置信度可被用来辅助使用来自接入点的无线信号来估计移动站的位置。
附图简述
图1解说了能够使用来自例如无线通信接入点或蜂窝塔的无线信号来确定自己的位置的移动站。
图2是解说在其中移动站可使用无线信号来确定自己的位置的系统的框图。
图3是能够使用无线信号确定自己的位置的移动站的框图。
图4是示出一种将无线信号结合航位推算使用来确定移动站的位置的方法的流程图。
图5解说了具有两个无线接入点的建筑物。
图6是示出一种在移动站中生成无线信号地点数据库的方法的流程图。
图7是可基于移动站接收到的无线信号的参数来生成数据库并向移动站提供位置信息的服务器的框图。
图8是使用移动站接收到的无线信号建立用于辅助进行移动站位置确定的服务器数据库的流程图。
详细描述
图1解说了能够使用来自例如无线通信接入点104或蜂窝塔106(有时统称为接入点)的无线信号来确定自己的位置的移动站100。使用无线信号确定的定位信息可以连同其他定位机制一起使用，诸如使用卫星飞行器102的卫星定位系统(SPS)、以及从诸如磁力计和加速计之类的运动传感器进行的航位推算等。使用无线信号进行位置确定在SPS系统不可用时，诸如在移动站位于建筑物内或位于其中SPS覆盖很少或没有SPS覆盖的其他环境内时可能尤其有用。无线信号位置确定可被用来减小SPS覆盖微弱或没有SPS覆盖的情景中的航位推算误差，由此提高诸如步行者或其他类型的导航和基于地点的广告之类的应用的准确性。
如本文中所使用的，移动站(MS)是指诸如蜂窝或其他无线通信设备、个人通信系统(PCS)设备、个人导航设备(PND)、个人信息管理器(PIM)、个人数字助理(PDA)、膝上型设备或能够接收无线通信和/或诸如导航定位信号之类的导航信号的其他合适的移动设备之类的设备。术语“移动站”还旨在包括诸如藉由短程无线、红外、有线连接、或其他连接与个人导航设备(PND)通信的设备——不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或位置有关处理是发生在该设备处还是在PND处。而且，“移动站”还旨在包括能够诸如经由因特网、WiFi、或其他网络与服务器通信的所有设备，包括无线通信设备、计算机、膝上型设备等，并且不管卫星信号接收、辅助数据接收、和/或位置有关处理是发生在该设备处、服务器处、还是与网络相关联的另一个设备处。以上的任何能起作用的组合也被认为是“移动站”。
卫星定位系统(SPS)典型地包括发射机系统，其中这些发射机定位成使得各实体能够至少部分地基于从这些发射机接收到的信号来确定自己在地球上面或上方的地点。这样的发射机典型地发射用有设定数目个码片的重复伪随机噪声(PN)码作标记的信号，并且可位于基于地面的控制站、用户装备和/或空间飞行器上。在特定示例中，此类发射机可位于图1中所解说的环地轨道卫星飞行器(SV)102上。例如，诸如全球定位系统(GPS)、Galileo、Glonass或Compass之类的全球导航卫星系统(GNSS)的星座中的SV可发射用能与由该星座中的其他SV所发射的PN码区分开的PN码(例如，如在GPS中那样对每颗卫星使用不同PN码或者如在Glonass中那样在不同频率上使用相同的码)作标记的信号。
根据某些方面，本文中给出的技术不限于全球SPS系统(例如，GNSS)。例如，可将本文中所提供的技术应用于或以其他方式使之能在各种地区性系统中使用，诸如举例而言日本上空的准天顶卫星系统(QZSS)、印度上空的印度地区性导航卫星系统(IRNSS)、中国上空的北斗等，和/或可与一个或更多个全球和/或地区性导航卫星系统相关联或以其他方式使其能与之联用的各种扩增系统(例如，基于卫星的扩增系统(SBAS))。作为示例而非限定，SBAS可包括提供完好性信息、差分校正等的扩增系统，诸如举例而言广域扩增系统(WAAS)、欧洲对地静止导航覆盖服务(EGNOS)、多功能卫星扩增系统(MSAS)、GPS辅助Geo(对地静止)扩增导航、或GPS和Geo扩增导航系统(GAGAN)和/或类似系统。因此，如本文中所使用的，SPS可包括一个或更多个全球和/或地区性导航卫星系统和/或扩增系统的任何组合，且SPS信号可包括SPS、类SPS和/或与这样的一个或更多个SPS相关联的其他信号。
移动站100不限于与SPS联用以进行位置确定，因为本文中所描述的位置确定技术可协同包括蜂窝塔106和来自无线通信接入点104的各种无线通信网络来实现，诸如无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)等。另外，移动站100可使用各种无线通信网络经由蜂窝塔106和从无线通信接入点104、或者使用卫星飞行器102(若希望)来访问在线服务器以获得诸如卫星图像之类的数据。术语“网络”和“系统”往往被可互换地使用。WWAN可以是码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交频分多址(OFDMA)网络、单载波频分多址(SC-FDMA)网络、长期演进(LTE)等等。CDMA网络可实现诸如cdma2000、宽带CDMA(W-CDMA)等一种或更多种无线电接入技术(RAT)。Cdma2000包括IS-95、IS-2000和IS-856标准。TDMA网络可实现全球移动通信系统(GSM)、数字高级移动电话系统(D-AMPS)、或其它某种RAT。GSM和W-CDMA在来自名为“第三代伙伴项目”(3GPP)的联盟的文献中描述。Cdma2000在来自名为“第三代伙伴项目2”(3GPP2)的联盟的文献中描述。3GPP和3GPP2文献是公众可获取的。WLAN可以是IEEE 802.11x网络，并且WPAN可以是蓝牙网络、IEEE 802.15x、或其他某种类型的网络。这些技术也可协同WWAN、WLAN和/或WPAN的任何组合来实现。
图2是解说在其中移动站100可使用无线信号来确定自己的位置的系统的框图。如所解说的，移动站100能够使用包括卫星飞行器102的SPS系统来确定自己的位置。另外，移动站100能够在SPS系统不可用时使用诸如磁力计和加速计之类的运动传感器120以及先前的绝对位置估计来确定自己的位置。移动站100接收来自无线接入点104(或来自图1中所解说的蜂窝塔106)的无线信号并使用这些信号来辅助位置确定。作为示例，可以使用的无线信号包括WLAN、UMTS、GSM、蓝牙或这些的组合。移动站100可测量无线信号的信号强度或往返行程时间，并将这些值与无线指纹数据库相比较以确定对移动站100的基于无线信号的位置估计。作为示例，例如无线信号指纹或无线接入点位置之类的无线地点的数据库可被生成并存储在移动站100的存储器中。或者，移动站可例如经由无线接入点104或蜂窝塔106通过网络110访问和查询具有无线地点数据库的服务器112。
图3是移动站100的框图。如图3中所解说的，移动站100可包括运动传感器120，其可包括加速计122和磁力计124。若合意，运动传感器120可包括附加或替换设备，诸如陀螺仪、压力传感器、或相机。在车辆、自行车或轮椅导航的情形中，附加类型的传感器可以是车辆里程表或车轮计程传感器。诸如磁力计124、以及陀螺仪、压力传感器、或相机之类的传感器在本文中被认为是运动传感器120，因为它们可辅助例如在方向、距离或海拔变化方面对运动进行确定。移动站100包括卫星定位系统(SPS)接收机140，该接收机经由天线144接收来自SPS卫星102(图1)的信号。移动站100还包括无线收发机135，其可以是例如能够经由天线144向无线接入点104发送通信和从其接收通信的无线网络无线电接收机/发射机。移动站100还可包括与无线收发机135分开或作为其一部分的蜂窝调制解调器，其能够向蜂窝塔106发送通信和从其接收通信。
运动传感器120中的加速计122和磁力计124、SPS接收机140、和无线收发机135被连接至移动站控制150并与之通信。移动站控制150接受并处理来自运动传感器120、SPS接收机140、和无线收发机135的数据并控制这些设备的操作。移动站控制150可由处理器152及相关联的存储器154、时钟153、硬件156、软件158和固件157来提供。移动站150还包括可与处理器152分开或作为其一部分的收到信号强度指示符系统(RSSI)155。RSSI系统155确定无线收发机135接收到的任何无线电信号的信号强度并将该测得的信号强度提供给处理器152。另外，处理器152可控制无线收发机135产生去往接入点的信号并监视收到响应的时间以确定无线信号的往返行程时间。
移动站控制150还包括地点引擎159，该地点引擎159为清楚起见被解说为与处理器152分开，但是也可位于处理器152内。地点引擎159处理包括SPS数据、航位推算数据、和无线信号数据的定位数据、以及无线地点数据库以确定移动站100的位置。无线地点数据库可以存储在存储器154中，或者替换地，存储在经由无线收发机135来访问的服务器数据库中。此外，在一些实施例中，地点引擎也可位于网络110中经由无线收发机135来访问和查询的服务器(例如，图2中的服务器112)上。
将可理解，如本文中所使用的，处理器152能够但不一定需要包括一个或更多个微处理器、嵌入式处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)及类似物。术语处理器意在描述由系统而非专用硬件实现的功能。不仅如此，如本文中所使用的，术语“存储器”是指任何类型的计算机存储介质，包括与移动站相关联的长期、短期、或其他存储器，并且不限于任何特定类型的存储器或存储器数目、或记忆存储于其上的介质的类型。
移动站100还包括与移动站控制150通信的用户接口160，例如，移动站控制150接受数据并控制用户接口160。用户接口160可包括显示由相机130产生的图像以及控制菜单和位置信息的显示器162。用户接口160还包括按键板164或其他输入设备，通过这些输入设备用户可将信息输入到移动站100中。在一个实施例中，按键板164可被整合到显示器162中，诸如触摸屏显示器。用户接口160还可包括例如话筒和扬声器，例如当移动站100是蜂窝电话时。
本文中所描述的方法体系取决于应用可藉由各种手段来实现。例如，这些方法体系可在硬件156、固件157、软件158、或其任何组合中实现。对于硬件实现，这些处理单元可以在一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件、设计成执行本文中所描述功能的其他电子单元、或其组合内实现。
对于固件和/或软件实现，这些方法体系可用执行本文中描述的功能的模块(例如，规程、函数等等)来实现。任何有形地实施指令的机器可读介质可被用来实现本文中所描述的方法体系。例如，软件代码可被存储在存储器154中并由处理器152执行。存储器可以实现在处理器单元内部或处理器单元外部。如本文所使用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器，且并不限于任何特定类型的存储器或特定数目的存储器、或记忆存储在其上的介质的类型。
如果在固件和/或软件中实现，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上。示例包括编码成具有数据结构的计算机可读介质和编码成具有计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其他介质；如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘常常磁性地再现数据，而碟用激光光学地再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
除了存储在计算机可读介质上，指令和/或数据还可作为包括在通信装置中的传输介质上的信号来提供。例如，通信装置可包括具有指示指令和数据的信号的收发机。指令和数据被配置成致使一个或更多个处理器实现权利要求中概括的功能。即，通信装置包括具有指示用以执行所公开功能的信息的信号的传输介质。在第一时间，通信装置中所包括的传输介质可包括用以执行所公开功能的信息的第一部分，而在第二时间，通信装置中所包括的传输介质可包括用以执行所公开功能的信息的第二部分。
图4是示出一种将无线信号结合航位推算使用来确定移动站的位置的方法的流程图。如图4中所解说的，确定(202)移动站的估计位置以及相应置信度。例如可使用SPS增强型航位推算来确定该估计位置。例如，可使用SPS系统来确定移动站的位置，例如，由SPS接收机140(图3)从SPS系统接收数据，处理器152或地点引擎159从该数据演算出位置。通过采集先前和当前的基于SPS的位置锁定并将这些绝对位置估计与基于从运动传感器(120)接收到的数据所作的航位推算的相对位置估计相组合来获得移动站的改进位置估计。若合意，例如在微弱或无SPS覆盖的情况下，可将其他技术和设备与基于从运动传感器(120)接收到的数据所作的航位推算的相对位置估计相组合地来增强位置估计，此类其他技术包括使用来自其他各种无线通信网络(包括蜂窝塔106和无线通信接入点104)的数据。
出于解说性目的，图5示出具有两个无线接入点302和304的建筑物300，这两个接入点具有各自的无线信号303和305。建筑物300可包括若干房间，诸如商场中的店铺。在建筑物300的外部，以阴影线解说了SPS系统的覆盖区306，其向建筑物中延伸很小的距离。以虚线解说移动站在建筑物内穿行的路径310。当移动站在建筑物外部时，移动站具有可胜任的SPS系统覆盖并因此获得准确的位置锁定。当移动站进入建筑物(位置310A)时，基于航位推算与越来越不准确的SPS位置估计的组合来估计移动站的位置。可使用如图3中所解说的移动站100中的运动传感器120(诸如加速计122和磁力计124)来生成从航位推算估计的位置。来自运动传感器120的位置数据被提供给处理器152或地点引擎159。由此基于最后所知的准确位置和从运动传感器120累积的位置数据来生成估计位置。然而，航位推算位置估计正常情况下将会漂移，例如在100米上漂移1米到5米此外，若存在影响磁力计的磁扰动或者若使用了水平自动扶梯，则航位推算位置估计的漂移可能甚至更加严重。
为了对航位推算位置估计中的漂移进行校正，使用移动站接收到的无线信号来辅助进行位置确定。例如，参照图5，移动站在位置310B接收到来自接入点302的无线信号303并在位置310D接收到来自接入点304的无线信号305。在位置310C，移动站能接收到无线信号303和305两者。可使用无线信号303和305的测得参数来辅助估计移动站的位置。
参照图4，在例如由无线收发机135接收(204)无线信号时，测量这些无线信号的参数，此类参数有时被称为无线指纹。例如，可由例如(RSSI)155确定(206)无线信号的信号强度。替换地，或补充地，可确定(208)无线信号的往返行程时间。作为示例，处理器152可控制无线收发机产生去往本地接入点的无线信号，该接入点用返回信号进行响应。处理器152使用时钟153确定无线信号的往返行程时间(RTT)。例如，可以测量三个或更多个接入点的RSSI和/或RTT。使用无线信号的测得参数(例如，RSSI或RTT)来改善移动设备的位置估计(208)，并且例如在显示器162上显示或者在存储器154中存储此改善的位置估计(210)以供应用来使用。例如，可通过在考虑到与相应位置估计相关联的置信度的情况下将SPS增强式航位推算位置估计与关联于无线指纹的位置估计相熔合来改善位置估计。
为了使用无线信号的例如RSSI或RTT之类的测得参数来改善位置估计(208)，将测得参数与可存储在移动站100中或者替换地存储在外部数据库中的无线信号指纹作比较。无线信号指纹被定义为来自所有收到接入点的RSSI和/或往返行程时间测量。无线信号指纹关于位置是近似唯一性的。
在一个实施例中，无线信号指纹被存储在移动站100中。图6是示出一种使用移动站生成无线信号地点数据库的方法的流程图，该无线信号地点可以是无线指纹或无线接入点位置。如所解说的，对于多个测量地点，测量无线信号的参数并将它们存储在例如移动站100中的存储器154(图3)中(402)。另外，确定并存储这些测量地点的估计位置(402)。例如，随着移动站移进无线接入点的覆盖中(例如移到图5中的位置310B处)时，测量由无线接入点302所产生的无线信号303的RSSI和/或RTT并将其连同移动站的位置估计一起存储。另外，可确定并存储所估计的位置的置信度。测量地点的位置估计可以基于SPS增强式航位推算或SPS增强式航位推算与基于无线信号的位置估计的熔合来确定。位置估计的置信度可以是自上次SPS位置锁定起的距离或时间的函数。
估计无线信号接入点与测量地点的估计位置之间的距离(404)。从无线接入点到测量地点的距离的估计可以使用信道模型来确定并且可基于往返行程时间测量和/或路径损耗测量。基于路径损耗测量的估计距离假定知晓无线接入点发射功率。在信道中，多径应被纳入考虑因素，否则距离估计将受到影响。取道间接路径到达接收机或者在某处被反射的无线信号将因往返行程时间估计和RSSI而影响到距离估计。当移动站相对于接入点从非视线位置移至视线位置时，基于无线信号的距离估计的变化将会比因航位推算得出的位置变化所将指示的大。例如，在图5中，移动站可能从位置310B通过玻璃门312移至位置310E，这将导致RSSI有很大增量，从而指示已发生很大的位置变化。然而，航位推算位置的变化将只是指示很小的位置变化。距离估计是连贯位置估计之间的差，并且因此被认为是准确的，因为航位推算在小量时间上是准确的，即发生了很小漂移或没有漂移。因此，可将测得往返行程时间和路径损耗中至少一者的变化与相应测量地点的估计位置的变化作比较，并且可使用该比较来修正用于估计接入点之间的距离的信道模型。例如，在一个实施例中，可基于航位推算并基于无线信号来确定迁移距离，例如通过取迁移期间基于无线信号的距离估计之差。用该距离估计之差中超出航位推算迁移距离的量来校正基于无线信号估计的至接入点距离。替换地或者地，对如由与航位推算位置变化的不一致性所确定的受到多径影响的基于无线信号的距离估计附上较低的置信度。另外，若移动站的位置估计是经由具有较低置信度的航位推算来获得的，则可向该距离估计附上较低置信度。
随后可基于数个估计距离以及这些测量地点的估计位置来估计无线接入点的位置(406)。测量地点的估计位置的置信度以及估计距离的置信度也可被用于接入点地点的确定。例如，可靠性较低的估计位置或距离估计可通过衰减它们对成本函数的影响而在成本函数最小化期间被纳入考虑。另外，可确定无线信号接入点的估计位置的置信度。所确定的接入点地点可被存储在存储器154中的数据库中以供当移动设备处在当前地点(例如，建筑物300)时使用。还可存储所确定的接入点地点以供将来(例如，当移动站返回建筑物300时)使用。
在生成了接入点地点数据库的情况下，随后可基于收到无线信号的测得参数(RSSI和/或RTT)以及无线信号接入点的估计位置来确定移动站的基于无线信号的位置估计(408)。还可确定与此基于无线信号的位置估计相对应的无线置信度。例如，移动站位置可使用RSSI和RTT来估计到接入点的距离，如上所述。使用接入点的估计距离和估计位置，便可以例如使用三边测量来确定移动站的位置。
移动站的估计位置(例如，来自图4中的步骤202)通过使用无线置信度以及与该估计位置相关联的置信度将该估计位置与基于无线信号的位置估计相熔合来改善(410)，且经熔合的位置估计可作为移动站的当前位置被存储在存储器154中和/或可被显示在显示器162中。例如，可将基于无线信号的位置估计(例如，带有对该位置估计的置信度的估计)提供给地点引擎159，且地点引擎159可将该基于无线信号的位置估计与以基于SPS增强式航位推算的先前位置估计为基础的位置估计相组合。应理解，该先前位置估计也可以是与先前确定的基于无线信号的位置估计相熔合的SPS增强式航位推算位置。类似地，如上所讨论的，步骤402中的无线信号测量地点的估计位置可以基于与先前确定的基于无线信号的位置估计相熔合的SPS增强式航位推算位置。
另外，移动站可经由无线收发机135访问服务器(例如，图2中的服务器112)并上载所估计的接入点地点以供其他移动站访问。在一个实施例中，还提供接入点地点的置信度估计且服务器使用从其他移动站获得的接入点地点和置信度估计来改善接入点地点估计。在使用中，移动站可在进入地点(例如，建筑物300)时访问服务器112，并向该服务器查询接入点地点数据，移动站可如上讨论地将接入点地点数据用于导航。
如上讨论的，无线信号地点可被存储在外部数据库中，而不是在移动站中产生和存储。例如，移动站100可接收无线信号并测量诸如RSSI或RTT之类的一个或更多个参数，它们被提供给网络110上的外部服务器112。作为响应，服务器112可返回带有置信度(若希望)的基于相应无线信号的位置估计。从服务器112返回的基于无线信号的位置估计(带有置信度)可连同例如基于航位推算的先前所确定的位置估计一起被提供给地点引擎159，并且可如上讨论地使用这些置信度从不同位置估计生成经熔合的位置估计。例如，可通过在对位置估计加以组合之前基于其各自相应的置信度对这些位置估计进行加权(例如，较高置信度被给予较大权重)来生成经熔合的位置估计，例如通过加权平均来获得最终的经熔合位置估计。例如可基于时间或移动而周期性地访问服务器112以更新位置估计。
图7是可基于移动站接收到的无线信号的参数向该移动站提供位置信息的服务器112的框图。如在图7中所解说的，服务器112被耦合至收发机502，后者将服务器112连接到网络110(图2)。收发机502被解说为无线收发机，但应理解它也可以是有线的。若希望，收发机可以在于服务器112内部。收发机502连接至服务器控制510并与之通信。服务器控制510接受并处理来自收发机502的数据，控制设备的操作。服务器控制510可由处理器512及相关联的存储器514、硬件516、软件518和固件520来提供。服务器112还包括处理接收自收发机502的数据和存储在存储器514中的无线地点数据库以确定要作为响应来传送的位置的地点引擎522。服务器112还可包括与服务器112通信的用户接口530，包括显示器532和按键板534，例如，服务器控制510接受数据并控制用户接口530。
同移动站中的处理器152一样，将可理解，如本文中所使用的，处理器512能够但不一定需要包括一个或更多个微处理器、嵌入式处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、及类似物。术语处理器意在描述由系统而非专用硬件实现的功能。不仅如此，如本文中所使用的，术语“存储器”是指任何类型的计算机存储介质，包括与服务器相关联的长期、短期、或其他存储器，并且不限于任何特定类型的存储器或存储器数目、或记忆存储于其上的介质的类型。
本文中所描述的方法体系取决于应用可藉由各种手段来实现。例如，这些方法体系可在硬件516、固件520、软件518、或其任何组合中实现。对于硬件实现，这些处理单元可以在一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件、设计成执行本文中所描述功能的其他电子单元、或其组合内实现。
对于固件和/或软件实现，这些方法体系可用执行本文中描述的功能的模块(例如，规程、函数等等)来实现。任何有形地实施指令的机器可读介质可被用来实现本文中所描述的方法体系。例如，软件代码可被存储在存储器514中并由处理器512执行。存储器可以实现在处理器单元内部或处理器单元外部。如本文中所使用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器，并且不限于任何特定类型的存储器或特定数目的存储器、或记忆存储于其上的介质的类型。
如果在固件和/或软件中实现，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上。示例包括编码成具有数据结构的计算机可读介质和编码成具有计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其他介质；如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘常常磁性地再现数据，而碟用激光光学地再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
除了存储在计算机可读介质上，指令和/或数据还可作为信号在通信装置中所包括的传输介质上提供。例如，通信装置可包括具有指示指令和数据的信号的收发机。指令和数据被配置成致使一个或更多个处理器实现权利要求中概括的功能。即，通信装置包括具有指示用以执行所公开功能的信息的信号的传输介质。在第一时间，通信装置中所包括的传输介质可包括用以执行所公开功能的信息的第一部分，而在第二时间，通信装置中所包括的传输介质可包括用以执行所公开功能的信息的第二部分。
图8是使用移动站接收到的无线信号建立用于辅助进行移动站位置确定的服务器数据库的流程图。如图8中所解说的，服务器接收移动站数据，诸如无线指纹信息、测量地点的位置估计以及这些位置估计的置信度(602)。一旦建立了该数据库，就可不再需要测量地点的位置估计和置信度。如上所讨论的，无线指纹信息可包括例如移动站接收到的(例如三个或更多个接入点的)无线信号的RSSI和/或RTT。测量地点的位置估计可以基于SPS增强式航位推算或SPS增强式航位推算与基于无线信号的位置估计的熔合。移动站还可提供无线信号测量的时间戳以及移动站标识以使得在估计无线地点时能进行来自相同移动站的连贯测量之间的距离估计。
为了节省移动站中的电池寿命和带宽，若移动站中的运动传感器120指示移动、若区域被无线信号所覆盖、并且若区域还未在数据库中得到准确反映，则可将估计位置和无线地点提供给服务器以用于数据库构建。例如，当移动站在提交测得的无线信号参数之后没有接收到位置估计时显然该区域还未在数据库中得到准确反映。另外，为了节省移动站中的电池寿命，本发明的方法可被扩展到具有SPS和无线信号覆盖两者的区域，以使得移动站中的位置确定不使用SPS系统也能进行，由此在获得初始位置锁定时使用较少的功率并招致很小或不招致延迟，若使用SPS系统则这可能要花费若干分钟。
基于收到数据，使用信道模型确定无线信号接入点与无线信号的测量地点的估计位置之间的距离(604)。该距离估计可类似于在框404(图6)中所描述的估计地来执行，区别在于可使用来自多个移动站的数据。在一个实施例中，仅针对具有高置信度的移动站位置作出距离估计。可靠性较低的距离估计可通过衰减它们对成本函数的影响而在成本函数最小化期间被纳入考虑。
随后可基于该些估计距离以及该些测量地点的估计位置来估计无线信号接入点的位置(606)。另外，随后可基于估计距离和移动站位置来确定在无线信号指纹中的位置(606)。接入点和/或指纹的估计位置(连同相应置信度一起)被存储在例如存储器514中的数据库中(608)。服务器可向移动站提供位置信息(610)。例如，在数据库包含接入点的估计位置的情况下，服务器可响应于接收到来自移动站的信息(602)而提供接入点的估计位置。移动站随后可使用所提供的接入点位置估计(伴随相应的置信度)连同信道模型和无线信号测量来确定基于无线的位置估计，此基于无线的位置估计随后可与SPS增强式航位推算位置估计相熔合，如上所讨论的。替换地或者补充地，数据库可包含无线信号指纹和对应的对在该无线指纹内不同地点的基于无线的位置估计以及对应的置信度估计。服务器可将基于无线的位置估计和置信度提供给移动站(610)，且移动站可将基于无线的位置估计与SPS增强式航位推算位置估计相熔合。替换地，服务器可将移动站所提供(602)的SPS增强式航位推算位置估计与基于无线的位置估计相熔合并将经熔合的位置估计提供给移动站。
由于有大量对接入点位置构成约束的指纹，例如从导频强度测量推导出的到接入点的距离以及从航位推算推导出的指纹彼此之间的相对位置，所以接入点的估计位置将是准确的。对应于指纹自身的位置估计将某种程度上受到多径的影响。因此，移动站的这些位置估计相对于接入点地点估计将是有噪的。然而，只要接入点被准确定位，则指纹的位置估计将不会有因为不准确的接入点位置所引起的偏差。
尽管出于指导目的结合具体实施例解说了本发明，但是本发明并不被限定于此。可作出各种适应性改编和改动而不会脱离本发明的范围。因此，所附权利要求的精神和范围不应当被限定于前面的描述。

Claims (31)

1.一种用于位置确定的方法，包括：
用卫星定位系统增强式航位推算来确定移动站的估计位置和相应的航位推算置信度；
接收来自多个接入点的无线信号；
确定所述无线信号的收到信号强度指示符和往返行程时间中的至少一者；以及
基于所述航位推算置信度、所述多个接入点的估计位置和相关联的置信度、以及使用信道模型和所述无线信号的收到信号强度指示符与往返行程时间中的所述至少一者确定的与所述多个接入点的以无线信号为基础的距离估计来改善所述移动站的所述估计位置；
将所述测得的往返行程时间和路径损耗中的至少一者的变化与基于卫星定位系统增强式航位推算所确定的相应测量地点的估计位置的变化作比较；以及
使用所述比较来修正用于针对所述无线信号获得接入点的估计位置的信道模型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，改善所述移动站的所述估计位置包括：
访问服务器并提供所述无线信号的收到信号强度指示符和往返行程时间中的所述至少一者并从所述服务器接收所述移动站的基于无线信号的位置估计和相应的无线置信度；以及
使用所述航位推算置信度和所述无线置信度将所述基于无线信号的位置估计与所确定的估计位置相熔合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括访问服务器并提供所述估计位置和航位推算置信度以及所述无线信号的收到信号强度指示符和往返行程时间中的所述至少一者。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
获得所述无线信号的接入点的估计位置；
基于所述接入点的所述估计位置和收到无线信号来确定所述移动站的基于无线信号的位置估计和相应的无线置信度；
其中改善所述移动站的所述估计位置包括使用所述航位推算置信度和所述无线置信度将所述移动站的所述估计位置与所述基于无线信号的位置估计相熔合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述无线信号的接入点的估计位置包括访问服务器并从所述服务器接收所述无线信号的接入点的所述估计位置。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，获得所述无线信号的接入点的估计位置包括
确定所述无线信号在多个测量地点上的收到信号强度指示符和往返行程时间中的至少一者，其中所述多个测量地点的估计位置是基于卫星定位系统增强式航位推算来确定的；
使用信道模型来估计所述无线信号的所述多个接入点与所述多个测量地点的所述估计位置之间的距离；
基于所述估计距离和所述多个测量地点的所述估计位置来估计所述无线信号的所述接入点的位置。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个测量地点的估计位置是基于卫星定位系统增强式航位推算与基于无线信号的位置估计的熔合来确定的，且其中所述移动站的所述估计位置包括经熔合的基于无线信号和基于卫星定位系统增强式航位推算的位置估计。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，使用信道模型估计所述无线信号的所述多个接入点与所述多个测量地点的所述估计位置之间的距离包括测量往返行程时间和基于所述无线信号的收到信号强度指示符的路径损耗中的至少一者并使用所述测得的往返行程时间或路径损耗来估计距离。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括提供与所述多个测量地点的所述估计位置对应的航位推算置信度，其中估计所述无线信号的所述接入点的位置使用与所述多个测量地点的所述估计位置对应的所述航位推算置信度。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括存储所述无线信号的所述接入点的所述估计位置。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括将所述无线信号的所述接入点的所述估计位置上载至服务器。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括确定所述无线信号的所述接入点的所述估计位置的置信度并将所述置信度与所述接入点的所述估计位置一起上载至所述服务器。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线信号是WLAN、UMTS、LTE、GSM和蓝牙之一。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用卫星定位系统增强式航位推算来确定移动站的估计位置和相应的航位推算置信度包括使用来自磁力计和加速计的数据。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用卫星定位系统增强式航位推算来确定移动站的估计位置和相应航位推算置信度包括使用来自陀螺仪、压力传感器、相机、里程表、以及车轮计程传感器中的至少一者的数据。
16.一种移动站，包括：
卫星定位系统接收机，其提供定位数据；
至少一个传感器，其提供航位推算数据；
无线收发机，其接收和发射无线信号；
位置引擎，其连接至所述卫星定位系统接收机以接收定位数据、连接至所述至少一个传感器以接收航位推算数据、并且连接至所述无线收发机，所述位置引擎被配置成基于所述定位数据和所述航位推算数据来确定估计位置和相应置信度，确定所述无线收发机所接收的无线信号的收到信号强度指示符和往返行程时间中的至少一者并使用所述置信度和所述收到信号强度指示符与往返行程时间中的至少一者来改善所述估计位置，将所述测得的往返行程时间和路径损耗中的至少一者的变化与基于卫星定位系统增强式航位推算所确定的相应测量地点的估计位置的变化作比较，以及使用所述比较来修正用于针对所述无线信号获得接入点的估计位置的信道模型。
17.如权利要求16所述的移动站，其特征在于，所述无线收发机被配置成向服务器传送所述收到信号强度指示符和往返行程时间中的至少一者并且作为回应从所述服务器接收基于无线信号的位置估计和相应的无线置信度，并基于与所述估计位置相对应的所述置信度和所述无线置信度将所述基于无线信号的位置估计与所确定的估计位置相熔合。
18.如权利要求16所述的移动站，其特征在于，所述无线收发机被配置成向服务器传送所述估计位置和相应的置信度以及所述收到信号强度指示符与往返行程时间中的至少一者。
19.如权利要求16所述的移动站，其特征在于，所述位置引擎被配置成获得所述无线信号的接入点的估计位置；基于所述接入点的估计位置和收到无线信号来确定所述移动站的基于无线信号的位置估计和相应的无线置信度，其中所述位置引擎被配置成改善所述移动站的所述估计位置包括所述位置引擎被配置成使用所述无线置信度和与所述估计位置相对应的所述置信度将所述移动站的所述估计位置与所述基于无线信号的位置估计相熔合。
20.如权利要求19所述的移动站，其特征在于，所述无线收发机被配置成接收所述无线信号的接入点的所述估计位置。
21.如权利要求19所述的移动站，其特征在于，所述位置引擎被配置成获得所述无线信号的接入点的所述估计位置包括所述位置引擎被配置成确定无线信号在多个测量地点上的收到信号强度指示符和往返行程时间中的至少一者、并基于定位数据和航位推算数据确定所述多个测量地点的估计位置；使用信道模型来估计所述无线信号的多个接入点与所述多个测量地点的所述估计位置之间的距离，并基于所述估计距离和所述多个测量地点的所述估计位置来确定所述无线信号的所述多个接入点的所述估计位置。
22.如权利要求21所述的移动站，其特征在于，所述位置引擎被配置成确定所述多个测量地点的估计位置包括所述位置引擎被配置成使用定位数据、航位推算数据和基于无线信号的位置估计，且其中所述移动站的所述估计位置包括经熔合的基于无线信号和基于卫星定位系统增强式航位推算的位置估计。
23.如权利要求21所述的移动站，其特征在于，所述位置引擎被配置成使用信道模型来估计所述无线信号的多个接入点与所述多个测量地点的所述估计位置之间的距离包括所述位置引擎被配置成测量往返行程时间和基于所述无线信号的收到信号强度指示符的路径损耗中的至少一者并使用所述测得的往返行程时间或路径损耗来估计距离。
24.如权利要求21所述的移动站，其特征在于，所述位置引擎被配置成确定与所述多个测量地点的所述估计位置对应的置信度，且其中所述位置引擎被配置成基于所述估计距离和所述多个测量地点的所述估计位置来估计所述无线信号的所述多个接入点的位置包括所述位置引擎被配置成基于所确定的与所述多个测量地点的所述估计位置对应的置信度来加权对所述接入点的位置的演算。
25.如权利要求21所述的移动站，其特征在于，所述位置引擎被配置成将所述无线信号的所述接入点的所述估计位置存储在所述存储器中。
26.如权利要求21所述的移动站，其特征在于，所述无线收发机被配置成将所述无线信号的所述接入点的所述估计位置上载至服务器。
27.如权利要求26所述的移动站，其特征在于，所述位置引擎被配置成确定与所述无线信号的所述接入点的所述估计位置对应的置信度，并且所述无线收发机被配置成将与所述接入点的所述估计位置对应的所述置信度上载至所述服务器。
28.一种移动站，包括：
用于使用卫星定位系统增强式航位推算来确定移动站的估计位置和相应的置信度的装置；
用于接收无线信号的装置；
用于确定所述无线信号的收到信号强度指示符和往返行程时间中的至少一者的装置；以及
用于基于所述置信度以及所述无线信号的收到信号强度指示符与往返行程时间中的至少一者来改善所述移动站的所述估计位置的装置；
用于将所述测得的往返行程时间和路径损耗中的至少一者的变化与基于卫星定位系统增强式航位推算所确定的相应测量地点的估计位置的变化作比较的装置；以及
用于使用所述比较来修正用于针对所述无线信号获得接入点的估计位置的信道模型的装置。
29.如权利要求28所述的移动站，其特征在于，所述用于改善所述移动站的所述估计位置的装置包括用于向服务器提供所述无线信号的收到信号强度指示符和往返行程时间中的至少一者的装置和用于从所述服务器接收基于无线信号的位置估计和相应的无线置信度的装置、以及用于使用所述无线置信度和与所确定的估计位置对应的所述置信度将所述基于无线信号的位置估计与所确定的估计位置相熔合的装置。
30.如权利要求28所述的移动站，其特征在于，进一步包括：
用于获得所述无线信号的接入点的估计位置的装置；以及
用于基于所述接入点的所述估计位置和收到无线信号来确定所述移动站的基于无线信号的位置估计和相应的无线置信度的装置；
其中所述用于改善所述移动站的所述估计位置的装置包括用于使用所述无线置信度和与所述位置估计对应的所述置信度将所述移动站的所述估计位置与所述基于无线信号的位置估计相熔合的装置。
31.如权利要求30所述的移动站，其特征在于，所述用于获得所述无线信号的接入点的估计位置的装置包括：
用于确定所述无线信号在多个测量地点上的收到信号强度指示符和往返行程时间中的至少一者的装置，其中所述多个测量地点的估计位置是基于卫星定位系统增强式航位推算来确定的；
用于估计所述无线信号的多个接入点与所述多个测量地点的所述估计位置之间的距离的装置；以及
用于基于所述估计距离和所述多个测量地点的所述估计位置来估计所述无线信号的所述接入点的位置的装置。
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