CN104115025B - 在用于地理定位目的的无线通信网络中执行的同步时间测量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于形成异步通信网络的用于接收客户端发射器的系统，包括彼此远离的基站，所述网络使得能够对所述客户端发射器进行地理定位。为了这个目的，该系统包括多个固定的参考发射器，其位置是已知的并且固定的参考发射器中的每一个在包括在网络的频带内的频带中发射特定的信标信号。客户端发射器的地理定位通过多点定位通过考虑成对的基站，并且通过计算来自客户端发射器的信号到达基站的时间之间的差来实施，每对基站由能够从客户端发射器接收信号和从单个参考发射器接收信号的基站组成，对于每个基站，所述差通过计算在由客户端发射器发射的信号的到达时间和由参考发射器发射的信号的到达时间之间的差确定。
Description
本发明涉及无线通信网络的一般领域。它更具体涉及FSFDMA类型的服务于终端的期望通过多点定位提供地理定位服务的异步单向无线通信网络。
在异步无线通信网络的情况下，通过测量由位于已知的给定位置的多个发射器发射的并由接收器接收的信号的到达时间差(TDOA)执行通过多点定位的地理定位，如LORAN或“LOng RAnge Navigation(远程导航)”无线导航系统的情况，或通过测量源于相同发射器的并由位于不同点的不同接收器接收的信号的到达时间差执行通过多点定位的地理定位，如例如关于被动探测的情况。
这样的到达时间差(TDOA)，其起因于由相同发射器朝向不同接收器位置发射的信号的传播时间的差异，使得以已知的方式确定发射器的地理位置。然而，这样的确定需要以已知的方式装备不同的网络接入点(接收器基站)以保持彼此同步的时间基准，以能够比较它们的测量结果并且以最小的不确定性推导出TDOA。这里应当提醒的是：计算的位置的精度主要取决于接收的信号的时间测定精度，取决于在接收器之间的同步精细度和取决于在位置计算中暗含的网络元件的地理部署的几何结构。
在FSFDMA类型的服务其终端的网络的情况下，换言之，频分多址接入网络，其中频率是统计特征，待定位的发射器是网络的客户端发射器。根据通过网络的基站接收的信号计算允许对这些发射器进行地理定位的到达时间差(TDOA)信息。
现在，这样的接收器基站彼此远离，其间具有较低的同步性(在1毫秒量级的同步)，并且不具有同步通信装置。相应地，网络的基站的硬件同步的创建需要网络的显著的硬件修改，其显著增加所述网络的总成本。
一般而言，网络同步问题在专业技术文献中被广泛地讨论，如关于通过物理同步装置进行硬件时钟(NTP类型同步或使用伺机信号)的同步，以及关于通过软件装置(例如RBS类型同步)进行虚拟时基的同步。现在，在特定的地理定位情况下，同步精度小于1微秒是必要的，1微秒的时间精度以已知的方式理想地对应于330米距离精度。
因此，NTP(“网络时间协议”)类型的网络的同步技术不足以实现此目的。实际上，获得的精度性能在无负载时对于网络层3的元件(其是最常见的元件)在几十微秒的量级，并且在负载条件下受到信号的往返时间的增加的严重影响。同步精度然后可以下降到在1毫秒量级的值。
使用类似于NTP类型网络的同步因此将需要添加本地时间参考，其将相当于将网络的接收基站实际转换为层1元件，也就是说，转换为能够直接访问一般参考时钟的元件；以及在外设时钟上实现确定性的硬件事件时间测定过程。
此外，然而，由于数据发送和网络访问延迟，能够去掉NTP类型同步固有的不准确性的已知的基准广播同步技术、或RBS技术、或无线网络同步技术由于在接收器之间(确定性误差)的消息的传播时间和由于接收处理时间(非确定性误差)受剩余不准确性的不良影响。它们还具有产生显著的网络流量以实现所需的同步的缺点。
通过分析伺机信号进行同步能够使基站同步接收预先存在的高精度基准信号，例如接收在AM或FM频带中的高精度基准信号。然而，这种技术需要在基站上实施硬件修改以使它们能够感测这些信号，其具有不一定位于由所考虑的网络利用的频带中的频率。这是主要的缺点，因为使用伺机信号不能执行能够去除时钟的硬件同步的计算简化。
本发明的目的是提供一种通过测量在每个基站的信号的到达时间获得到达时间差(DTOA)及因此所述发射器的位置，以足够的距离精度对它们进行地理定位，能够使由通信网络的不同基站接收的来自网络的单向和非同步客户端发射器的信号同步的解决方案。本发明的另一个目的是提供一种不需要实施特定的装置来使网络的基站彼此密切同步的解决方案。
为了此目的，本发明旨在提供预期接收客户端发射器的用于形成通信网络的无线通信系统。所述系统包括多个固定的彼此远离的接收器基站，其被布置为覆盖具有在其上延伸的通信网络的区域并且连接到网络管理和监督实体。所述接收器基站包括用于估计它们接收的信号的到达时间的装置。根据本发明的系统还包括多个固定的具有已知位置的参考发射器，每个参考发射器发射特定的信标信号。所述参考发射器的数量和布置被定义使得具有在其上延伸的通信网络的整个区域被由至少一个参考发射器发射的信标信号覆盖。所述系统还包括用于确定针对每个接收器基站m的由客户端发射器α发射的信号和由参考发射器G发射的信号的各自的到达时间TOA(An)和TOA(Gn)以及这两个时间之间的差TOA(An,Gn)和用于确定针对两个接收器基站i和j的在第一接收器基站i上由考虑的客户端发射器发射的信号的到达时间和在第二接收器基站j上的该相同信号的到达时间之间的差ΔTOAi,j的装置。该差根据针对相同的参考发射器G确定的差TOAi(An,Gn)和TOAj(An,Gn)确定。针对不同的接收器基站对而确定的差ΔTOAi,j被用来通过多点定位来确定在由该网络覆盖的区域中的客户端发射器的位置。
根据实施例，由客户端发射器和参考发射器发射的信号是通过数据序列调制的信号，数据序列的结构被定义为使得能够用给定的精度估计接收器基站上的考虑的信号的到达时间，并且这通过适当的估计器例如使用相关操作进行。
根据本实施例的第一变体，不同参考发射器的发射根据给定的时间多路复用方案相继执行。
根据该实施例的另一个变体，不同参考发射器的发射根据给定的频率多路复用方案在不同的频率同时执行。
根据另一个实施例，对于每个接收器基站i，差TOAi(An,Gn)的确定在基站通过它自身的处理装置执行。
根据另一个实施例，对于每对接收器基站(i,j)，差ΔTOAi,j(An)由通过网络监控实体分配的计算实例确定，在具有与接收的数据帧相关的序数之后，每个接收器基站将接收的数据帧的全部或部分以时间形式或频谱形式发送到网络管理器。
根据另一个实施例，每个接收器基站i还包括用于确定它接收的信号的采样频率Fsi的变化的装置，这样的变化根据在相同的参考发射器的信标信号的两个连续的帧p和q的到达时间之间的差ΔTOAi(GP,Gq)确定。在该实施例中，在接收器基站中Fsi被附接的整个频率平面可以被参考发射器训练，也就是说，通过它控制频率。
根据另一个实施例，每个接收器基站i的接收信号的采样频率Fsi的变化的确定在控制由所有接收器基站形成的网络的子系统的层面执行，这样的变化根据由相同的参考发射器的信标信号的两个连续的帧p和q的到达时间的差ΔTOAi(GP,Gq)确定。在该实施例中，在接收器基站中Fsi被附接的整个频率平面可以被参考发射器训练。
根据另一个实施例，每个基站包括用于估计信号的到达角(AOA)的装置，其技术被称为无线电测向法，并且其结合TOA测量来改进地理定位精度。
有利的是，提供的方法能够后验地准确测定从需要被定位的客户端终端接收的信号的时间，而不需要网络时钟的特定的硬件同步或软件同步。信标帧的规律性能够纠正由于基站之间的时钟漂移产生的剩余相对误差。
能够在网络层通过计算执行数据重新定时(也就是说，伪同步)是有利的，这使得能够通过最小化影响测量结果的时间/频率不确定性来比较由不同基站测量的信号的到达时间。TOA测量以每个站的时基执行，它的原点由信标帧的接收和基站的采样频率的等级来定义。为了能够后验地恢复采样流的连续性和恢复TOA信息，与待处理的数据帧相关的序数例如可被定义为一个或多个采样块的标识符，该标识符在采样流的存储时间被分配，采样块的大小被关于选择的粗略的时间测定过程的精度定义。
它进一步使得能够去除相对于可以在网络和基站中实施的非确定性过程的执行时间的不准确性，这些过程具有能够产生时间测量不确定性的非确定性特征。
根据本发明的方法的实施有利地对例如网络管理器、基站或客户端无线发射器的现有的网络元件上不具有硬件影响，其没有在硬件结构中进行修改。只引入了新的独立的硬件元件，也就是说，地理测量发射器。
根据本发明的定位方法首先基于通过被称为地理测量发射器的一个或多个固定发射器创建考虑的空间的网格，每个地理测量发射器的位置已知具有和期望的位置精度相关联的精度。因此，例如，如果地理定位需要以在大约几十米的量级的精度执行，地理测量发射器的位置应当以低于一米的精度已知。
地理测量发射器被部署在由地理场所中的网络覆盖的区域上，使得每个地理测量发射器覆盖充分延伸的区域，以服务N个基站，N原则上大于或等于2。部署的地理测量发射器的数量被定义，使得每对基站被至少一个地理测量发射器覆盖。每个地理测量发射器的坐标在安装时被记下，并且被负责监控整个网络的网络管理器知晓。
在最简单的部署形式中，每个地理测量发射器还被放置在它的地理扇区的站点的视线中。因此，考虑的接收器站点能够在直接接收中接收发射的信号。然而，可能将地理测量发射器定位在站点的视线以外，在这种情况下，应当提供对由信号实际经过的路线的测量的调整，其调整可以例如由网络管理器负责。
每个地理测量发射器被配置为形成它在其中操作的网络(如FSFDMA网络)的参考发射器。为了这个目的，它具有的硬件和软件结构类似于客户端发射器的硬件和软件结构，这使得它能够在现有的物理信道上与接收器基站进行通信。然而它具有一些特征。
第一特征涉及发射频率的合成。地理测量发射器被配置为具有严格控制的频率行为。每个地理测量发射器为了这个目的包括精确的频率参考(频率上的公差大约在0.1ppm的量级)，例如OCXO或GPS-DO类型的频率参考，和例如Frac-N类型的低噪声和低色散频率合成链。
第二个特征涉及发射的信号。地理测量发射器发射由二进制序列调制的信号，该二进制序列被定义以获得期望的测量精度，所使用的调制规则以已知的方式影响TOA测量的精度。
为了这个目的，每个地理测量发射器例如与调制发射的信号的长度N的二进制序列相关。序列例如形成M-seq、Kasami、或Gold类型的代码。，通过这种类型的序列提供给信号的自相关性有利地使得基站能够完全区别地理测量发射器并准确地测量由后者发射的信号的到达时间。
每个地理测量发射器因此在被接收时通过它发射的单一的二进制序列被识别。例如，代码用于根据网络协议以FSFDMA格式产生信标帧。帧然后在网络上朝着接收信号的基站传播。
第三个特征涉及发射帧的持续时间。本文考虑的通信网络是无线通信网络，由地理测量发射器发射的帧的持续时间对于由信号经历的局部衰减而言足够长，并且被帧处理装置产生的误差通过平均效应被最小化，无论接收波动如何变化。信号观察窗口的增大实际上有利地使得能够消除非相关误差。此外，在信标帧之间的延迟被网络管理器控制和知晓。
地理测量发射器因此以通常丧失定量数据的帧的形式发射稳定频率的信号，信号的接收使得所考虑的接收器基站(也就是基站)能够确定发射器的标识和以期望的精度再生关于发射的信号的到达时间或TOA的信息。
虽然在原则上，地理测量发射器仅仅发射标识符而不是操作信息，此处的调制规则等同于由网络的客户端发射器使用以发射操作数据帧的调制规则。
其次，根据本发明的定位方法基于引入特定的定位处理，其基于由所述客户端发射器发射的信号和基于由给定的地理测量发射器发射的那些信号定位客户端发射器，这些信号被两个不同的接收器基站接收。
在网络中，通常通过考虑由两个不同的接收器站从该发射器接收的信号的到达时间和响应于相同的发射时间来对客户端发射器进行定位。到达时间差(TDOA)被更加准确地考虑。
然而，不同于通常的做法，对于每个接收器基站，本文TDOA的计算涉及，测量在由给定的地理测量发射器发射的帧和由考虑的客户端发射器发射的那些帧之间的到达时间差，此处选择的地理测量发射器是用于两个接收器基站的相同的发射器。
因此，根据本发明，由客户端发射器发射并由两个接收器基站Bi和Bj接收的帧An的到达时间差TDOAi，j(An)根据以下关系确定：
TDOAi，j(An)＝TOAj(An)-TOAi(An)
＝TOAj(An，Gn)-TOAi(An，Gn)+TDOAi，j(Gn) [1]
其中TOAj(An)和TOAi(An)分别代表在接收器基站Bi和Bj上由考虑的客户端发射器发射的帧An的到达时间的测量结果，并且其中TOAj(An，Gn)和TOAi(An，Gn)分别代表针对每个接收器基站的、在由客户端发射器发射的信号和由地理测量发射器发射的信号的到达时间之间的差。
TDOAi，j(Gn)＝TOAj(Gn)-TOAi(Gn)此处代表在两个接收器基站上的由考虑的地理测量发射器G发射的秩n的帧的到达时间差。因为该发射器的位置以及接收器基站Bi和Bj的位置已经知道了，也已知TDOAi，j(Gn)。它被通过以下关系定义：
如此计算的信息TDOAi，j通常用于确定考虑的客户端发射器的地理位置。用α指定考虑的客户端发射器，我们实际上可以写成：
d(α，Bj)-d(α，Bi)＝c·TDOAi，j
＝c·(TOAj(An，Gn)-TOAi(An，Gn))+dGBj-dGBi [3]
其中，三维参考帧可以如下写成：
其中x、y和z代表客户端发射器α在该参考帧中的坐标。
在空间中具有是方程[4]的解的坐标的点以已知的方式位于双叶旋转双曲面。因此，通过任何已知的方法，通过使用获得的TDOA测量值，通过考虑多个不同对的接收器站，和通过求解连接这些不同的测量值的双曲线方程系统可以确定发射器的真实位置。
在两个考虑的接收器基站上通过客户端发射器发射的信号的到达时间差的这样的相对测量值，该测量值涉及由地理测量发射器发射的信号的到达时间，地理测量发射器使其发射通过两个接收器基站可访问，因此有利地使得通过使用相对测量值，能够去除执行接收器站的时钟的严格同步的任何需要。
根据本发明，由地理测量发射器和客户端发射器发射的信号的到达时间通过任何已知的方法确定，到达时间的估计精度实质上是被网络处理的波形的函数，在较小程度上取决于接收采样频率，
因此，在信号被以二进制帧调制发射频率的形式发射的情况下，如在FSFDMA类型网络中的情况下，数据帧被通过接收器站接收和解码。从网络的地理测量发射器或从客户端发射器接收数据帧的每个接收器站以它自身的一般时间参考帧执行其时间测定。后验地通过相关估计器执行帧的到达时间的实际估计，该相关估计器对考虑的帧的全部或部分执行相关操作。
在两个考虑的接收器基站Bi和Bj上估计的到达时间可以通过以下关系来定义。
和
其中Ei(An)/Fsi和Ej(An)/Fsj分别代表，针对基站Bi和Bj中的每一个，关于分配给帧An的测定时间的信号的到达时间的估计结果(后验地)，该结果以采样周期的分数来表示。
Ei(An)和Ej(An)代表用于估计帧An的相关的运算符的值，Fsi和Fsj代表两个接收器基站的各自的采样频率，T0i和T0j代表两个基站的各自的参考时间，该时间对应于每个接收器站看作是其本地时间基准的原点的帧An的到达测定时间，并且它通信给网络管理器(理想情况下，如果基站完全同步，T0i和T0j是相等的)。
以相同的方式：
和
应当注意的是，为了消除与缺乏接收软件过程的确定性相关的不确定性，基站的虚拟时基在对无线信号进行采样时被接近地限定在硬件。
从功能的角度来看，根据本发明的方法可以以和现有的基础设施不同的方式实施，实施的主要条件是移植地理测量发射器，并且引入用于后验地确定例如先前描述的到达时间差(TDOA)的值和处理它们以确定考虑的客户端发射器的位置的装置。
因此，根据考虑的实施例和在每个接收器基站可用的计算容量，定位功能可以在每个接收器基站的计算装置中或多或少完全实施或广泛地转移到网络控制器。
因此，每个基站可以(如果其特定的计算装置允许的话)被配置为主管到达时间差值(TDOA)的所有计算并且将这些值传输到网络控制器使得它通过组合由不同接收器站传输的测量值来执行实际的定位。作为变体，每个接收器站可以将以时间或频谱形式接收和采样的所有或部分信号传输到网络管理器。在最低配置中，在对它们粗略时间测定后，每个站可以满足于将接收的帧传输到管理器，其中这样粗略的时间测定可以是与每个接收的帧相关的到达序数。网络控制器然后主管执行考虑的客户端发射器的地理定位必要的所有计算。因此可以利用使多个基站的数据流在相同的计算实体上可用以简化估计到达时间的计算的优势。
在该阶段，并且在其中多个地理测量发射器针对相同的一组站或站的子集被接收的情况下，网络控制器通过分析可用参数，比方说接收信号的质量和提供几何精度因子，来选择其配置提供估计精度的最佳概率的每对站。在等效配置的情况下，可以选择执行并行计算以更快地在位置估计中收敛。
应当注意的是，关于其负责的地理定位功能，根据本发明的方法可以与互补的无线电方位测量相关联，用于该目的的每个设备装备有用于估计信号的到达角(AOA)的装置。这样的互补的技术能够改进位置精度和提高在多点定位极限情况中已知的不确定性。
还应当注意的是，除了负责地理定位功能之外，根据本发明的方法还能够执行其它次要功能。
因此，例如，基于可用的信息，执行接收机站Bi的采样频率Fsi的精确估计是可能的，真实的采样频率Fsi然后通过起源于相同的地理测量发射器G并且被站Bi接收的两个地理测量帧Gn和Gm估计(Gn用作在Bi上的时间原点)。然后，如前所述：
和
因此，对于考虑的接收器站Bi，我们也具有
其中ΔTOAi(GnGm)以已知的方式代表，在由地理测量发射器G传输的帧n和m之间的间隔，并且其中ΔEi(GnGm)也以已知的方式代表由接收器站测量的这两个帧的到达时间之间的差。因此可以通过接收器站或网络控制器容易地计算Fsi。因此，关于考虑的基站的Fsi所属的频率平面可以通过考虑的地理测量发射器被训练、控制。因此，而且，当Fsi与基站的不同的频率参考在相同的频率平面时，同样可根据Fsi的校正执行所有这些频率的相关。
此外，通过使用另一个公式，还可能通过相同的测量来估计基站Bi的采样频率Fsi的频率漂移。事实上，在这样的固定的无线条件中，原则上TOAi(Gn)＝TOAi(Gm).
因此，如果关于帧m和n测量的值MLEi(m)和MLEi(m)是不同的，可以推导出存在本地时钟的漂移δfi，并且该漂移等于：
还应当注意的是，在基站上执行不同的时间测定的事实，根据使其发射频率在由网络使用的频带中的地理测量，同时有利地消除与在材料中的传播时间有关的部分不准确性。非常一般，我们可以事实上写成：
Tarrivée＝Témission+Tpropag(TX)+Tvol+Tpropag(Rx) [11]
其中Témission和Tarrivée分别代表信号发射时间和由基站有效接收该信号的时间。
Tpropag(TX)和Tpropag(Rx)分别代表形成考虑的发射器和考虑的基站的接收器的材料内的信号传播时间，并且Tvol代表在考虑的发射器和考虑的基站之间的空间中的信号传播时间。
因此，对于地理测量发射器的块Gn和发射器α的块An，考虑两个基站Bi和Bj，我们可以写成：
TDOAij＝Témission+Tpropag(TX)+Tvolj+Tpropag(Rxj)-[Témission+Tpropag(TX)+
Tvoli+Tpropag(Rxi)]， [12]
换言之，考虑到d(α，βj)、d(α，Bi)、d(G，Bj)和d(G，Bi)分别代表从发射器α和地理测量发射器G到基站Bi和Bj的距离，我们可以写成：
TDOAij(An)＝[d(α，Bj)-d(α，Bi)]/c+DTpropag(RXi，RXj) [13]
和
TDOAij(Gn)＝[d(G，Bj)-d(G，Bi)]/c+DTpropag(RXi，RXj) [14]
其中DTpropag(RXi，RXj)代表确保在站Bj的信号接收的硬件中的接收信号的传播时间和确保在站Bi的信号接收的硬件中的接收信号的传播时间之间的差。
因此，通过对这两个关系式做减法，抵消了在基站的硬件中的传播时间，并且剩余：
[d(α，Bj)-d(α，Bi)/c＝TDOAij(An)-TDOAij(Gn)+[d(G，Bi)-d(G，Bj)]/c，
其中可得到下述关系[3]：
d(α，Bi)-d(α，Bi)＝c[TDOAij(An，Gn)]+d(G,Bj)-d(G,Bi)
在确定TDOAij时可不考虑这些传播时间。这就是为什么在先前列出的关系中没有提到这些项，并且它可特别写出等式[3]，其中没有涉及在基站层的材料中的接收信号的传播时间。
Claims (9)
1.一种用于形成服务于客户端发射器的通信网络的无线通信系统，所述系统能够确定在被所述网络覆盖的区域中移动的客户端发射器的位置，所述系统包括多个固定的基站接收器站，所述多个固定的基站接收器站彼此远离，且被布置为覆盖具有在其上延伸的所述通信网络的所述区域；
其特征在于：所述系统还包括具有已知位置的多个固定的参考发射器，每个参考发射器发射特定的信标信号，所述参考发射器的数量和布置被界定为使得具有在其上延伸的所述通信网络的整个所述区域被由至少一个参考发射器发射的信标信号覆盖；以及用于针对每个接收器基站确定被客户端发射器α发射的信号和被参考发射器G发射的信号携带的秩n的帧的各自的到达时间TOA(An)和TOA(Gn)以及这两个时间之间的差TOA(An,Gn)的装置，使得基于针对不同对的接收器基站Bi和Bj确定的到达时间差TDOAi,j的测量，通过多点定位确定客户端发射器α的位置，TDOAi,j对应于由考虑的所述客户端发射器α发射的秩n的帧在第一接收器基站Bi上的到达时间和该相同的秩n的帧在第二接收器基站Bj上的到达时间之间的差，根据针对基站Bi和Bj和针对相同的参考发射器G确定的到达时间TOAi(An,Gn)和TOAj(An,Gn)、通过考虑以下关系来计算所述差：
TDOAi,j(An)＝TOAj(An,Gn)–TOAi(An,Gn)+(dGBj–dGBi)/c
其中dGBj和dGBi分别代表参考发射器G与基站Bj和Bi之间的距离，并且c代表光速。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：由所述客户端发射器和所述参考发射器发射的信号是由数据帧调制的信号，所述数据帧的结构被定义来支持通过估计器对所考虑的帧的全部或部分执行相关操作，以给定的精度估计所考虑的信号在接收器基站上的到达时间。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其特征在于：不同的参考发射器的发射是根据给定的时间复用方案连续执行的。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其特征在于：不同参考发射器的发射是根据给定的频率复用方案在不同的频率同时执行的。
5.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于：对于每个接收器基站B，差TOA(An,Gn)是在该基站由其自己的处理装置确定的。
6.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于：对于每个接收器基站B，差ΔTOA(An,Gn)是通过网络管理器确定的，在具有与接收的数据帧相关的序数之后，每个接收器基站将所述接收的数据帧的全部或部分以时间形式或频谱形式传输到所述网络管理器。
7.根据权利要求1、2和5中任一项所述的系统，其特征在于：每个接收器基站B还包括用于基于对采样频率FS的频率变化的确定来训练采样频率FS所属的频率平面的装置，这样的变化根据相同的参考发射器的信标信号的两个连续帧p和q的到达时间的差ΔTOA(GP,Gq)来确定。
8.根据权利要求1、2和6中的任一项所述的系统，其特征在于：每个接收器基站B的所接收的信号的采样频率FS的变化，并且因此相关的频率平面在子系统的层面确定，所述子系统控制由所有所述接收器基站形成的网络，这样的变化根据在相同的参考发射器的信标信号的两个连续帧p和q的到达时间之间的差ΔTOA(GP,Gq)来确定。
9.根据权利要求1、2和5中任一项所述的系统，其特征在于：每个基站还包括用于估计所述信号的到达角(AOA)以改进位置精度的装置。
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| CN111157943B (zh) * | 2019-12-31 | 2021-10-08 | 宁波大学 | 在异步网络中基于toa的传感器位置误差抑制方法 |
| US11294024B2 (en) * | 2020-03-10 | 2022-04-05 | Deeyook Location Technologies Ltd. | System, apparatus, and/or method for determining a time of flight for one or more receivers and transmitters |
| CN113203978B (zh) * | 2021-03-20 | 2024-04-05 | 西安电子科技大学 | 一种高精度tdoa定位方法、系统及应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5148179A (en) * | 1991-06-27 | 1992-09-15 | Trimble Navigation | Differential position determination using satellites |
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| US7009561B2 (en) * | 2003-03-11 | 2006-03-07 | Menache, Llp | Radio frequency motion tracking system and method |
| US8224349B2 (en) * | 2010-02-25 | 2012-07-17 | At&T Mobility Ii Llc | Timed fingerprint locating in wireless networks |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5148179A (en) * | 1991-06-27 | 1992-09-15 | Trimble Navigation | Differential position determination using satellites |
| EP1703296A2 (en) * | 1999-01-08 | 2006-09-20 | TruePosition, Inc. | Calibration for wireless location system |
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