CN1286758A - 通信定位系统 - Google Patents

Abstract

一种用于定位蜂窝电话或蜂窝状通信系统中的移动无线通信收发机的方法和装置,其使用简化系统以被动监视收发机发射的信号。两个接收基站能够确定远程收发机的信号到达时间标记。然后将此时间标记信息与附属的位置敏感信息结合起来,以确定收发机的可能位置。本发明对道路运输具有特殊的适用性,因为它有助于增强响应帮助呼叫的应急服务和路边帮助,并能够被动监视交通流量。

Description

通信定位系统

本发明涉及确定作为无线蜂窝通信系统一部分的移动无线通信发射机的地理位置，以方便应急服务响应、路边帮助、交通监视、或其他适用或由位置信息支持的服务。

目前，蜂窝电话系统提供迅速使用无线电话通信。蜂窝电话通常在频分多址(FDMA)的模拟系统中运行。包括时分多址(TDMA)或码分多址(CDMA)的数字技术，提供更大的容量，并允许更多个人同时使用蜂窝电话服务。此外，“蜂窝状”的通信系统，如个人通信系统(PCS)，可以进一步增加使用无线通信网络的人员数目。

蜂窝电话或蜂窝状的通信系统是一个带有固定基站网络的系统，固定基站服务本地区域(即“单元”)，本地区域为众多移动发射机/接收机(“收发机”)部件，即蜂窝电话，提供综合通信服务。此类通信网络试图与来自基站的各收发机通信，其中基站提供最佳通信。最佳基站通常，但并不必然，是最接近移动收发机的基站。为了提供最佳通信支持，网络并不需要精确定位移动收发机的地理位置，而是更需要确定使用哪个基站。

用于蜂窝电话或蜂窝状通信系统的现有通信网络，不能精确确定移动发射机的位置，是应急服务中的主要缺点。例如，洛杉矶的公共安全官员估计，目前，四分之一利用蜂窝电话呼叫应急号码(“9-1-1”)的人员，不知道他们的位置，他们指出，在美国超过60％的交通灾难发生在乡村公路上。由于位置不确定造成的延迟，加重了在乡村地区提供应急服务固有的较长的响应时间。

多年以来，人们就以多种方式解决了移动无线收发机的定位问题，但并不包括蜂窝电话或蜂窝状的通信系统。并未找到应用于大范围监视移动电话的可行的、简单的、低成本的解决方案。实现任何类型的移动无线收发机定位的实际困难在于，用于确定移动收发机位置的收发机或通信网络(基础设施)的所需修改成本。如果有过的话，也很少使用任何指定收发机来请求应急或路边帮助。因此，收发机供应商与通信网络运营商没有什么经济动机，来增加收发机的复杂性(和成本)或安装大量昂贵的基础设施以支持这些缺少政府命令的很少使用的服务。即使短期不赚钱，应急帮助和路边帮助服务的价值，无疑对提供和增强个人和公众安全具有价值。利用移动通信系统来改善越来越多的暴力事件发生率以及对有关个人安全的不断增长的关注，是一个值得尊敬的政策目标，并且有可能为订户、网络运营商和普通公众实现巨大益处。然而，认识到上述目标如此重要、如此有价值，故需要一个实用的、廉价的基础设施，以便唯一确定请求或报告需要帮助的公民、与他们通信并且为响应助手提供他们的位置。

存在在除提供应急或路边帮助之外的应用中精确定位某人位置的技术。例如，基于卫星的全球定位系统(GPS)，利用用于卫星广播的无线GPS信号的专用接收机，能够确定接收GPS信号的地点的位置。然而，使用GPS获得通信收发机的位置，需要移动收发机包含一个GPS接收机。而GPS接收机是昂贵的。即使通过大规模生产能够降低其成本，仍然需要使GPS接收机与现有和未来移动收发机结合起来。考虑到很少使用该服务，尤其根据需要定位能力的已在美国国内和国外使用的移动收发机的巨大数目，与上述方案有关的成本似乎是非常高的。

也存在通过被动监视其无线发射确定移动通信收发机之位置的技术。然而，在最简单的方法中，无线定位不考虑由于多路径干扰(多路径处理技术)引起的视在位置中的失真。多路径处理技术涉及诸如汽车、建筑物、山坡之类的物体反射的无线电信号。如果不考虑上述影响，收发机的视在位置将失真。对于短波、无线通信而言，多路径传播是很普遍的，这是由于比较小物体能够反射大量的发射信号，特别是在具有许多能够反射信号之建筑物的城市中更普遍。因此，移动收发机的视在位置中潜在的、由多路径导致的失真是一个问题，必须在被动定位无线电发射器中解决此问题，以便支持诸如提供应急帮助或路边帮助之类的应用。

当使用信号分析和源定位过程改善视在位置中的潜在失真时，多路径传播环境不一定妨碍收发机的定位。例如，Maloney等人的美国专利No.4，728，959，说明了如何借助两个或多个接收基站来应用测向过程，其中利用测向过程能够测量信号的到达方向角(DOA或AOA)。利用该专利说明的被动监视通信信号，确定位置是一项非常卓越的应用，因为它能够确定以下网络服务区中的移动收发机的位置，其中该网络服务区具有至少两个已知位置的接收站。该测向方法既简单又精确，但是需要位于各接收站的定向天线。同样，注意到多路径影响，通过使用到达时差(TDOA)测量，能够减轻定向天线的需求，其中利用全方向天线和精确的时基维护设备，能够获得TDOA测量。利用TDOA测量进行定位，需要在三个或更多地点的接收，这是由于每对地点仅能进行一个TDOA测量，并且各TDOA测量仅确定一个发射机所在的双曲线(二维)。即使在受多路径影响的环境中，通过分析带有至少一个三元组的接收位置的TDOA测量，也能获得发射机位置。然而，需要利用时间维护设备在三个或更多地点联合接收公共信号的必要性，会增加TDOA方法的复杂性和成本，而这超过了某些蜂窝电话或PCS公司当前或乐于接受的范围。

通常，除可以从接收到的信号特征得到时间标记和定向数据之外，还可以得到或获得与移动无线收发机之位置有关的其他信息。例如，在为提供路边应急帮助而设计的系统中，我们可以假设请求帮助的人员在位于公路或接近公路的车辆中。例如，如果他或她在路上，则通过请求该人进行通话，可以验证此类假设。此类附加地理或拓扑信息，此处称为“附属信息”，通常是调度人员可以采用的。通过组合来自两个(而不是三个或更多)基站带有时间标记信息的附属信息，足以确定移动无线收发机的位置范围，从而能够派遣应急和路边帮助服务。仅根据在两个地点接收的无线发射之观察特征，获得的收发机位置是能够满足要求的，从而需要附加基站信息以得到位置就成为多余的。然而，迄今尚未提出试图使用此类附属信息以使需要附加基站成为多余。

监视位于车辆上的移动收发机比只为响应和请求服务提供支持具有更多优点。一个优点是能够以高性能价格比监视交通流量。意外的交通事件(“交通拥塞”)阻塞公路，从而对安全、环境和经济产生有害影响。大城市中的报文通信量是一类附属信息，可以将其与观察到的与位置和速度有关的信息以及地形信息(如，行车图)结合起来，以表示哪些道路可以通行，哪些道路交通拥挤。然而，交通流量信息、应急服务以及路边帮助，并不是建立通信系统的主要原因，因此，通信系统当前不提供此类服务。只有能够在对基础设施的最小添加下而能实现时，为提供交通流量信息而向通信基础设施添加设备的成本，对通信公司才是合理的。

目前，对为帮助应急和路边帮助职员而提供具有足够精度的地理位置的问题存在着提供部分综合解决方案的技术。然而，此类系统依赖于根据两个或多个定向接收获得的观察信息，以及三个或多个有时间标记的无线发射接收，或来自与通信收发机无关的设备的导航信息。没有系统试图通过将观察到的时间标记信息，与例如从街道地图获得的附属信息结合起来，以获得位置信息，其中时间标记信息是仅根据一对无线通信接收获得的。因此，本发明的目的在于提供一种简单有效的方式，以识别并确定任意无线通信系统中某移动无线收发机的位置，无线通信系统包括现有的或期望的，如用于个人通信系统(PCS)、蜂窝电话、专用移动收音机(SMR)以及个人数字助理(PDA)之类的系统。本发明的目的在于通过将根据接收到的无线发射获得的观察信息，与根据街道地图、用户描述以及其他信息源获得的附属信息结合起来，提供一种自动定位标识(ALI)和一种自动“数字”标识(ANI)，ALI和ANI能够方便国内和国际的、乡村和城市应急通知和个人安全，以及公路监视。

本发明的另一目的在于包括：提供一种系统，其中以通信附属物的形式，廉价提供位置和标识，用于国内和国际的无线增强9-1-1(E9-1-1)应急和日常路边帮助通知；估计路面速度，并提供诸如交通拥塞和流量特征之类的运输信息；在既能相对容易部署又能廉价建造的系统中提供上述能力；提供一个具有可传送配置的系统，因此，能够临时用来监视固定区域，如道路建设区域，或诸如运动比赛、会议或音乐会之类的特殊活动的场所；提供过程和属性的组合，以作为通信系统之附属物的形式，形成既廉价又鲁棒的定位和标识系统。

本发明提供一种用于确定无线通信系统中的移动无线通信收发机之位置的装置，该装置包含两个已知位置的传感站，每个传感站具有，一个接收来自无线收发机之无线信号的接收天线，一个诸如基于GPS接收机之类的时钟机制，以保持一个站间同步时间标准，一个信号特征化处理部件，用于确定移动无线收发机发射到传感站的无线信号之特定分量的到达时间(TOA)，一个有关移动收发机之其他信号特征或运行环境的附属信息源，一个多维参数相关处理部件，用于根据TDOA和有关的附属信息确定移动收发机之可能位置，以及一个表示移动收发机之可能位置的输出装置。

本发明提供使用被动监视移动收发机发射之信号的简化系统，以确定蜂窝电话或蜂窝状通信系统中移动无线收发机的位置。在本发明中，在具有站间同步的两个已知位置接收基站进行的处理，确定移动收发机位置的TDOA轨迹(即，二维双曲线)。然后，将本TDOA轨迹与附属信息结合起来，以确定收发机的可能位置。本发明特别适合于路面运输，因为它能方便应急(9-1-1)服务和路边帮助，并且它允许被动监视交通流量。附属信息包括根据其他非无线位置方法获得的位置信息。此类信息可以包括基站区域中交通图的拓扑信息，或诸如收发机之推导速度(若有的话)之类的其他信息，或从呼叫者个人通信或从位于呼叫者位置的设备获得的信息。

本发明不需要通过联合来自三个或更多基站的两个或更多同等双曲线来确定位置；两个基站就足够了。此能力在CDMA通信网络中特别有用，其中在CDMA网络中，通过动态功率控制，获得增强的能力，从而很可能较少基站接收收发机的发射。尽管如此，本发明并不阻止使用两个以上的基站来进一步确认位置的精确性，或在没有可用附属信息的情况下确定移动无线收发机的位置。能够使用TOA/TDOA方法从两个位置中确定位置，对于在可应用两站点接收的更多环境中提供应急帮助特别具有优势，需要较少基础设施，并能够大大降低成本。本发明对于监视乡村地区的交通流量特别有用，在乡村地区，很少公路具有靠近公路的蜂窝设施，并且极不可能在三个或更多位置捕获信号。因此，在乡村地区，采用路线拓扑形式的附属信息，能更好地表示沿观察TDOA轨迹(双曲线)的移动收发机的位置。本发明也提供用于确定无线通信系统中之移动无线收发机的位置的方法和装置，用于确定移动无线通信收发机之TDOA轨迹的方法和装置，以及用于将附属信息与TDOA轨迹结合起来确定移动无线收发机之位置的方法和装置，其中无线通信系统包括两个或更多已知位置的传感站。

本发明具有以下优点，无需将诸如GPS接收机之类的专用设备嵌入到移动收发机中或与移动收发机集成到一起，就能确定移动无线收发机的位置。事实上，本发明能够对所有现有蜂窝电话进行定位。部署本发明之定位系统的成本较低。低启动成本意味着能够快速部署系统，从而用户能够尽快以较低的费用了解其益处。

图1表示通过利用本发明使到达时差(TDOA)信息与公路网络图固有的道路位置信息相关，而获得的蜂窝电话收发机的位置。

图2表示图1所示的TDOA线与感兴趣之公路的交叉点的放大视图。

图3表示系统的功能组件，该系统能够将TDOA和其他特征信号信息与从其他来源获得的附属地理信息结合起来，以获得标准通信操作下的无线收发机的位置。

图4表示TDOA数据测量与正在使用的蜂窝电话所通过的道路的交叉点显示，从而能够计算其速度并估计其移动方向。

图5表示应用图3所述功能的系统的配置。

图1表示本发明如何确定移动收发机的位置。图1表示美国弗吉尼亚州Annandale部分街道地图形式的附属信息，以及蜂窝电话形式的移动无线收发机。配备蜂窝电话的车辆位于沿公路2(弗吉尼亚(VA)50号公路)标有数字1的区域中。使用位于位置10和11的传感站确定不同时间的一系列TDOA轨迹3-8。

将TDOA轨迹3-8叠加在表示该地区街道地图拓扑数据20上。可以轻而易举地得到各城区的矢量化地图数据，例如，从位于加利福尼亚州Menlo Park的ETAK公司、从位于加利福尼亚Sunnyvale的Navigation Technologies公司、从位于马里兰Timonium的RoadnetTechnologies公司或从位于华盛顿特区的美国商务部人口普查局获得。这些地图以该地区之拓扑结构的形式表示附属信息，其中移动无线收发机在该地区运行。本发明试图使用此类附属信息，以使控制站(位于图1中的位置10)使用从两个传感站获得TDOA轨迹和附属信息，确定在区域1中运行的移动无线收发机的位置。

图2表示图1所示的位置区域1的放大视图。以与标有数字9(Parkwood Terrace)和数字11(Marc Drive)的街道相交叉的方式，表示TDOA轨迹3-8。根据TDOA轨迹3-8中的任一轨迹，无法确定移动收发机位于街道2、9或11中的哪条街道上。然而，任意两条TDOA轨迹，如3和4，提供与区域1中的移动收发机覆盖的某些地理距离相对应的TDOA变化j。通过记录测量各TDOA轨迹的时间，使控制系统10能够确定区域1中的移动收发机的近似通过速度。对于正在通信的蜂窝电话而言，较高的通过速度，如80km/hr(50mph)，意味着该移动收发机正在公路干线2(VA 50号公路)上，而不是在住宅区街道9或11上，其中住宅区街道上的路标速度限制为40km/hr(25mph)，是所观察速度的一半。因此，通过应用有关路标速度限制或图2中所示道路2、9、11的平均速度分布形式的附属信息，控制站10能够推断将可能位置区域1放在哪条街道上。

在上述示例中，除非该收发机还以很高的速度移动，则仅仅根据TDOA轨迹，控制站10似乎不能确定移动收发机是在公路干线2上还是在街道9或11上。对于静止收发机的定位，应急(9-1-1)帮助将需要某些其他形式的附属信息。例如，提供帮助的调度人员可以通过以下方式获得附加信息，询问请求帮助的一方是否在主路上，如若不然，则寻找其他形式的描述信息，例如将次要街道9与11区别开来街道名称或地物。如果将上述请求数据中固有的地理信息，与TDOA测量中的定位信息结合起来，就能够估计收发机的位置。

此外，即使不移动也对诸如监视交通流量之类的其他目的有重要意义。根据共同的交通特征，控制站10可以假设来自区域1的大部分蜂窝电话呼叫是从公路干线2发起的。收发机应突出展示与该公路之路标限制相对应的地速。如果观察到此收发机的特征速度，明显低于地区1或地区1周围正常道路条件下的速度，则此信息暗示公路干线2异常拥塞。如果认为发生事故，可以发出表示拥塞的交通警告，并且可以派遣应急或其他服务车辆以调查拥塞的起因。上述功能并不需要除不同TDOA轨迹之时间标记和正常道路特征知识之外的附加信息，但是，如果有任何此类信息，总是可以增加上述功能。

图3表示执行本发明的系统的框图。传感器子系统30包括连接到信号特征化处理部件32的RF天线31。RF天线31可以为现有通信天线。信号特征化处理部件32，标识根据诸如GPS接收机之类的站间同步时间标记标准获得的RF信号测量的时间。传感器系统被动接收正常使用无线通信系统34时产生的射频信号，然后将其转换为用于下述控制系统35的信息。此信息包括被处理信号分量到达的时间，该分量的表示(若需要)以及收发机的标识。此信息还可以包括观察到的与位置有关的特征，如TDOA(相对多普勒漂移)中的移动方向或变化率、信号强度、信号到达的方向或其变化率、以及带有应答协议和宽信号带宽的紧密控制的收发机通信系统中的双向信号传播时间。通过扩展在其上分析捕获信号的持续时间(即综合时间或“驻留”时间)，该处理能够产生TDOA(即相对多普勒漂移)变化率以及TDOA本身的测量。可以从扩展的测量过程中检测上述变化率，这是由于当从可觉察的移动无线收发机接收信号时，测量过程中固定TDOA的标准假设将是无效的，并且将产生退化的测量。TDOA的变化率与正在通信的收发机的垂直移动速度有关。作为收发机位置的附加测量，特征化处理能够确定接收的信号能量(即，无偏差信号电平的方差或均方)。信号能量表示(通过下面论述的信号传播估值)从接收位置到移动收发机的范围或距离，信号能量的变化率或其他能量变化特征不但能够表示收发机的径向移动速度，而且还能表示物理障碍或多路径干扰原因，多路径干扰原因为来自已知地区的伴随信号传播。畅通无阻的双向信号传播时间，和从接收地点到移动收发机位置的两倍成正比。从接收到的无线信号中测量的所有物理特征，构成定位处理的基础，其中该测量与猜测的收发机位置和移动有已知关系。

从两个传感站收集测量时间以及不确定性信息，然后将其插入到多维参数相关处理部件36。处理部件36将时间标记信息与来自输入32、37或38的其他附属信息结合起来，以确定车辆的位置。短语“附属信息”应用于增强时间标记数据的观察特征，并且还包括从不同于移动无线收发机的无线发射的来源获得的信息。附属信息包括有关认为移动收发机在该环境中运行的环境信息，如道路网络的配置、地形特征和边界、信号传播特征，有关天气以及其对信号传播和道路交通环境之影响的信息，也包括对公路号、道路名称、速度、附近的地物或其他来自移动收发机通信的位置敏感信息的口述或其它描述。可以从上述指定销售商那里获得道路和地形表示数据，以便为地理信息系统映射数据库中的数据。通常也可以从地图数据生产商或州政府运输部，获得表示数据库中所包含道路部分之路标速度限制的附加数据。此外，常常可以从州运输部日常进行的交通流量研究中，获得作为时间、天气条件、星期和季节之函数的各种道路部分上的交通的典型速度分布。另一方面，可以从利用本发明在明确场合收集的流量统计信息中，积累此类表示位置与交通流量关系特征的数据，然后递归更新，以便随着数据库的统计精度的增加，获得更迅速、更鲁棒的决定。信号强度(即能量)与距离之间的关系是支持信息，当附属数据表示信号传播特征时，可以在数据库中得到此信息。强度与距离之间的标准关系是，接收到的信号强度(即能量)与范围的平方成反比。然而，在一般特征为短波通信的多路径环境(如蜂窝系统)中，强度通常与距离的二至六次方成反比，并且高度依赖于信号到达的方向和天气条件。因此，使用信号强度作为范围指示器依赖于，表示信号距离变换，即信号传播特征，的附属信息数据库的精度。对于信号功率与从接收机到移动收发机的估计距离之比的近似相关测量，信号传播分析可以应用RF传播测定的静态或动态投影。可以从位于科罗拉多州Boulder的Applied Spectrum Research、位于佛罗里达州Edgewater的C.E.T．公司、位于科罗拉多州丹佛市的SoftWright或从位于爱达荷州莫斯科市的H2A Communications获得方便上述信号传播投影的计算机软件。传播分析可以随心所欲地考虑到天气影响、地面地形和构造、建筑物的高度、以及与方向有关的干扰或背景噪声。

可以使用信号到达之近似路径上的地形条件知识，估计其对信号传播的影响。此外，诸如丘陵、水界之类的地理特征，可以限制收发机在已知方式下所处后选位置的区域。因此，也可以使用此类地形学上的信息作为附属信息，以增强位置确定的效率和精度。

在乡村地区，预计通过将TDOA信息与拓扑地图匹配(即，将位置信息与道路的已知地理信息或地形的其他特征匹配)形式附属信息结合起来，足以在大多数情况下监视沿主干线的交通流量，同时方便派遣应急车辆和路边帮助。乡村地区的公路比较少，从而两个传感站的TDOA轨迹和移动无线收发机的交叉点，足以唯一标识移动无线收发机的可能位置。

在市区内，我们认为利用时间标记信息和道路交通图信息及其本身似乎不足以唯一确定移动无线收发机的位置。在此情况中，可能需要附加信息。本发明企图在基于知识的位置信息处理器38中应用附属信息。处理器38能够集成来自附加源的信息，如有关移动无线收发机之视在位置或可能位置的应急帮助(9-1-1)中心操作员的知识和判断的地理表示。

本发明还企图接收来自无线通信系统的支持性描述信息。可以利用来自图3所示的无线通信系统34的附属信息，增强从接收到的RF信号中提取的与位置有关的信息。例如，RF天线33可以为最接近远程收发机，即蜂窝电话，的蜂窝电话系统的基站。无线通信系统34力图解调来自远程收发机的通信。通过无线通信系统接收的描述信息可以包括定位知识，如从道路上的车辆发送的对实情的语音描述移动收发机正在其上行驶的公路名称，可以将语音描述变换为符号标识，以便在带有TDOA测量的相关定位处理中用做附属信息。在请求帮助(如9-1-1呼叫)的情况中，应答操作员通常要求该人接入呼叫以识别他们的呼叫号码和位置。不知道其位置的呼叫者，可以通过电话描述其环境。因此，本发明是设计用来帮助操作员通过利用该操作员能够快速得出的信息，快速提供精确位置。借助来自呼叫者的公路号或街道名称，通过将该公路与估计的信号到达时差的合取，能快速提供呼叫者的可能位置。当呼叫者不知道其通过的公路时，提供帮助的操作员，可以请求有关行驶速度以及附近的比较突出的地物的信息。所有此类与位置有关的信息，不论是手工获得的或还是通过自动分析获得的，均可通过图形交互或自动地理解释，转换为地理形式，以包含在与提取的信号特征有关的评价中。

通过人与装有用于自动指向确定的图形指向设备的工作站终端之间的图形交互，能帮助输入地理知识或理解操作员或人类的信息源。通过观察计算机驱动的有关公路区域的地图显示，操作员能够使用图形输入设备来选择近似位置，由呼叫者的语音标识的公路，或基于通信描述的椭圆或多边形。美国地理勘察专业论文1395，题目“地图投影-工作手册”，作者为John P.Snyder，这里引用作为参考，说明了地理显示中使用的平面投影坐标与导航和定位参考系统使用的测量参考坐标之间的位置表示转换的数学变换。

另一方面，操作员可以提供以下信息的文字输入，即传达或推断的公路名称、速度、地物或道路交叉点，这些是可以传递的或许是响应操作员的询问。然后，通过利用诸如联合包裹服务地图的寻址数据库、或公众服务应答中心的9-1-1数据库中包含的文字位置合成变换数据库进行变换，将文字数据转换为近似的位置信息。在高级系统实施中，可以在语音合成的自动控制下，或通过计算机与集成到车辆或用户通信设备中的处理器的交互，来请求相关信息，并且可通过语音识别处理，或用于利用提取的时间标记和有关特征测量进入相关处理的直接数据接口，来分析响应。

图3中的多维参数相关处理部件36组合来自输入32、37和38的不同参数信息，以生成移动收发机的位置和移动的概率描述。输入信息的知识表示及其不确定性可以采取多种形式，如离散属性向量，其中向量的各元素表示具体离散属性的值，该值可以是布尔型、整数、浮点、或符号型，并且特别选择的值将具有附带的置信度；具有有关统计误差的连续数值参数；和/或模糊逻辑参数。相关过程可以使用众多引擎和不确定性管理系统，各适合于适当的知识表示，如最大似然或最小二乘方估计，联合概率数据关联算法，用于连续参数的概率密度函数多目标跟踪系统；多假设不确定性管理系统；带有多置信度产生式规则的基于规则的专家系统，其中产生式规则将离散逻辑断言与连续数值信息结合起来；模糊逻辑引擎；以及因果信任网络。

作为相关处理的例子，考虑以下情况，检测到某个收发机在市区内沿某条不知道公路信息、但了解附近某些地物的公路移动。可以发现带有附带位置置信度区段的TDOA轨迹与众多道路、地物、河流、和水域交叉，例如，通过扫描这些对象和随后的像素覆盖检测，然后询问这些对象的数据库，以查找后选交叉点或接近TDOA轨迹与其他对象，如最接近TDOA轨迹与道路交叉点的地物，的交叉点的后选对象。以适当的知识表示方式捕获上述询问的结果。通过不确定性管理，应用根据单元位置或其他更具体信号强度之先验范围，或根据呼叫者对附近地物的描述获得的约束，能够降低某些后选对象的可能性或置信度，而增加其他对象的可能性或置信度。

图4表示如何使用根据信号到达时差的连续测量获得的信息，计算移动无线收发机的速度和方向，其中移动无线收发机40沿限制进入的公路向南移动(表示州际公路495)。操作员或处理器指出TDOA轨迹与指定道路的交叉点(地图匹配)。处理器计算连续点之间的平均速度。来自移动收发机40的信号的到达时差的变化率，与收发机的速度分量成比例，其中收发机的该速度分量与接收机和移动收发机的TDOA轨迹正交。利用此分量在后选道路上的TDOA轨迹与该道路交叉点的切线方向上的投影，可以估计相应的速度和移动方向。另一方面，通过连续观察到达时差，并评价蕴涵与后选道路轨迹交叉点的移动，能够更精确地估计移动参数。通过与适当的道路网络速度分布的表示相关，以及各后选道路可合理出现的估计速度之概率的进一步估计，更可能估计移动收发机沿其而行的实际道路。

用于本发明的设备可以包括通用处理设备，如基于英特尔80486或奔腾中央处理器(CPU)或Motorola 68040或PowerPC CPU的微处理器工作站。相关计算将利用存储在海量存储器上的、提供支持的附属信息，确定测量的时间标记和其他可能特征、传送信息和/或人类估计的最佳组合，其中海量存储器如磁盘、CD ROM、磁泡存储器和诸如工作站和类似数据库服务器中常见的磁带。为了快速访问大量各种类型的地理数据，应通过高吞吐量的数据通信通路，如采用直接处理器总线磁盘接口和以太网处理器间的网络，将高使用率的海量存储设备连接到数据处理设备。

图5表示以使用现有蜂窝电话网络作为无线通信系统监视交通流量的方式，应用本发明的实现。其目的是使用移动收发机40作为探测器，以确定沿公路51的交通流量。典型蜂窝电话40发射射频信号，并由位于传感站10和11的接收器32截获。然后，最好将与信号捕获的时间标记有关的信息和其他观察的信号特征，传输到控制站或交通控制中心53-传输时间标记和其他特征信息应比接收的信号或其他此类基础数据具有更高的优先权，以将传输的信息量降到最低。处理TDOA和相关信息，然后在计算机的监视器54上显示以上信息，以及据此获得的其他有用信息，如车辆在公路51上的通过速度。

在上述说明书中阐述了本发明的原理、最佳实施方式和操作方式。此处所公开的实施方式应解释为是说明本发明的，而不是限制它。上述公开不是用来限制一般技术人员以任何方式得到的同等结构的范围的，而是以以前不曾想象的方式扩展同等结构的范围。可以对上述说明性的实施方式作出各种变更或改动，而并不背离附属权利要求书陈述的本发明的范围和实质。

Claims (42)

1．一种在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，包括：

两个实质上已知位置的传感站，每个传感站具有一个站间同步机制，用于公共时间标准维护；

一个信号特征化处理部件，用于确定无线电信号的到达时间信息；

有关移动收发机的附属信息源；

一个多维参数相关处理部件，用于根据信号时间标记信息和附属信息确定移动收发机的可能位置；以及

一个表示移动收发机之可能位置的输出装置。

2．如权利要求1所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中附属信息是数据库信息。

3．如权利要求2所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中数据库信息包括移动收发机的运行环境的信号传播特征。

4．如权利要求2所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中数据库信息包括交通流量特征。

5．如权利要求4所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中交通流量特征包括速度分布信息。

6．如权利要求2所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中数据库信息包括局部化的事件信息。

7．如权利要求2所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中数据库信息包括无线通信系统的用户描述。

8．如权利要求2所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中数据库信息包括拓扑信息。

9．如权利要求8所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中拓扑信息包括地图信息。

10．如权利要求8所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中拓扑信息包括道路配置信息。

11．如权利要求10所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中道路配置信息包括速度限制信息。

12．如权利要求8所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中拓扑信息包括与地物有关的信息。

13．如权利要求1所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中附属信息包括传达信息。

14．如权利要求13所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中传达信息包括操作员的输入。

15．如权利要求13所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中传达信息包括有关交通状况的信息。

16．如权利要求13所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中传达信息包括道路标识信息。

17．如权利要求1所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中除到达时间信息之外，附属信息还包括测量的无线电信号的物理特征。

18．如权利要求17所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中附加测量的物理信号特征包括信号强度。

19．如权利要求17所述的在无线通信系统中定位移动无线通信收发机的装置，其中附加测量的物理信号特征包括双向信号传播时间。

20．如权利要求1所述的用于定位移动无线通信收发机的装置，其中站间同步机制包括GPS接收机。

21．一种在蜂窝或蜂窝状通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，包括以下步骤：

在两个已知位置的传感站测量移动收发机发射的无线电信号的到达时间；

输入与移动收发机之位置有关的附属信息；

使移动收发机的可能位置与时间标记信息和附属信息相关；以及

表示移动收发机的可能位置。

22．如权利要求21所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中附属信息是数据库信息。

23．如权利要求22所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中数据库信息包括移动收发机的运行环境的信号传播特征。

24．如权利要求22所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中数据库信息包括交通流量特征。

25．如权利要求23所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中交通流量特征包括速度分布信息。

26．如权利要求22所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中数据库信息包括局部化的事件信息。

27．如权利要求22所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中数据库信息包括无线通信系统的用户描述。

28．如权利要求22所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中数据库信息包括输入的拓扑信息。

29．如权利要求28所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中拓扑信息包括地图信息。

30．如权利要求28所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中拓扑信息包括道路配置信息。

31．如权利要求28所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中拓扑信息包括速度限制信息。

32．如权利要求28所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中拓扑信息包括与地物有关的信息。

33．如权利要求21所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中附属信息包括传达信息。

34．如权利要求33所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中传达信息包括操作员的输入。

35．如权利要求33所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中传达信息包括有关交通状况的信息。

36．如权利要求21所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中除信号时间标记信息之外，附属信息还包括测量的无线电信号的物理特征。

37．如权利要求36所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中附加测量的物理信号特征包括信号强度信息。

38．如权利要求36所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中附加测量的物理信号特征包括双向信号传播时间。

39．如权利要求36所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中附加测量的物理信号特征包括测量来自移动无线收发机的信号的到达方向。

40．如权利要求21所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中附属信息包括无线通信系统提供的信息。

41．如权利要求40所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，其中无线通信系统提供的信息包括信号强度信息。

42．如权利要求41所述的在蜂窝通信系统中定位移动无线通信收发机的方法，还包括，从两个传感站测量众多信号时间标记，以及根据众多信号时间标记确定众多传播线的相对移动。

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