CN1384690A - 一种移动通信系统中移动台的定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种移动通信系统中移动台的定位方法,该方法首先确定系统中各个基站的位置,并在系统注册的移动台上附设用以测量信号方位角的方位传感器,然后由移动台或系统网络发出定位请求,移动台根据实时地获得所在基站的位置信息和移动台至基站的距离以及方位角信息,进而获得自身的位置信息。这种方法不受系统网络时钟是否同步的影响,定位精度受基站覆盖范围的影响比较小,可以显著地提高移动环境下移动台的实时定位精度。

Description

一种移动通信系统中移动台的定位方法
本发明涉及移动通信系统中的定位方法，具体地说涉及移动台的定位方法。
移动定位在交通监控、车辆导航、紧急救援、定位相关信息的获取等方面有着重要作用。在移动通信中，对移动台的定位作为一种移动通信系统增值业务，其价值正在被运营商和用户所认识。
现有的移动通信系统中通常采用三种方法实现移动台的定位。第一种方法是根据移动台所处的基站ID(标识)号来确定移动台的位置。基站ID号是移动通信系统中已有的信息，移动台在当前基站注册时，在系统的数据库中就会将该移动台与该基站ID号对应起来，基站位置在系统布局时已确定下来，所以系统可以通过基站广播该基站的位置信息，移动台在接收到广播信息后就能确定自身位置。这种定位方法的定位精度取决于基站覆盖半径，定位动态误差很大。
第二种方法是根据移动台所在基站发送信号到达移动台所需时间确定自身位置的。该方法通过测量移动台到其所在基站的信号传播时间来实现。在基站位置已知的情况下，移动台的位置也就可以求出来。这种方法要求移动台与基站的时钟必须同步，移动台通过测量基站发过来的带有基站信号发送时间戳的位置信息，计算出无线信号传播延时，转换成距离信息，进而得到自身位置信息。由于这种方法要求基站和移动台之间要有精确的时钟同步，若时钟同步误差较大则会带来较大的定时误差，而要保证基站与移动台的精确同步比较困难。同时，这种方法也受基站覆盖半径的限制，因此使用这种方法定位技术的定位动态误差也很大。
第三种方法是通过估算移动台至相邻两个基站的信号空中路径传播时延，然后通过系统计算后，由系统通过基站发给移动台。该方法通过测量移动台至二个基站的信号传播延时，可以测量出移动台至二个基站的距离，然后由系统确定出移动台的位置。由于这种方法确定的移动台位置较难具有唯一性，因此也难以保证定位精度，甚至误差更大。
针对上述问题，本发明的目的是提供一种移动通信系统中移动台的定位方法，使用该方法可以显著提高移动台的定位精度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种移动通信系统中移动台的定位方法，该方法包括以下步骤：
(1)移动台向系统网络发出定位请求，同时记录移动台本机发送请求时间；
(2)系统网络通过移动台所在基站向移动台发出该基站位置信息和网络处理时延信息；
(3)移动台接收上述步骤(2)中移动台所在基站发出的信息，并记录下移动台本机接收时间；
(4)移动台根据接收到的信息和移动台本地处理延时计算出移动台至基站空中信号的传播延时，计算出两者间的距离；
(5)移动台测量自身至自身所在基站的方位角；
(6)移动台根据上述步骤得到的基站位置信息、自身距所在基站的距离和自身至所在基站的方位信息，计算出自身的位置。
本发明的目的也可以通过以下步骤所述的方法达到：
(A)系统网络通过基站向已在本系统注册的移动台发出定位请求，同时记录基站本机发送请求时间；
(B)移动台记录接收定位请求命令的时间，同时启动方位测量传感器，测量自身至自身所在基站的方位角，然后将本移动台的方位信息和移动台处理时延信息通过其所在基站发送给系统网络；
(C)系统网络接收到移动台的方位信息和处理时延信息，同时记录接收上述信号的基站本机的接收时间；
(D)系统网络根据上述步骤得到的信息，计算出移动台所在基站与移动台空中信号的传播延时，进而计算出两者间的距离；
(E)系统网络根据上述步骤得到的移动台对于其所在基站的方位信息和基站位置信息，计算出移动台的位置信息；
(F)系统网络通过基站将该位置信息发送给移动台。
由上述本发明采用的技术方案可以看出，由于本发明首先确定系统中各个基站的位置，并在系统注册的移动台上附设用以测量信号方位角的方位传感器，这样，无论是移动台还是系统网络发出定位请求，移动台都可以实时地获得所在基站的位置信息和移动台至基站的距离以及方位角信息，进而通过计算精确地获得自身的位置信息。这种方法不受系统网络时钟是否同步的影响，与现有技术相比，定位精度受基站覆盖范围影响比较小，从而可以显著地提高移动环境下移动台的实时定位精度。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
图1是本发明所述方法的第一个移动台定位实例流程示意图；
图2是本发明所述方法的第二个移动台定位实例流程示意图；
图3是本发明的移动台定位实例示意图。
本发明在具体实施时，应确定系统中各个基站的位置，并在系统注册的移动台上附设用以测量信号方位角的方位传感器。所述确定系统中各个基站的位置，可以通过大地测量的方法进行，也可以利用在系统中各个基站附设全球卫星定位系统接收机完成，当然实际中也不排除其它方法。因此，基站的位置信息通过大地测量的方法得到，也可以通过在系统中各个基站附设全球卫星定位系统接收机得到。
移动台的定位可以由移动台发起，具体的定位过程参考图1。
在步骤1，移动台向系统网络发出定位请求，同时记录移动台本机发送请求时间。实际中，此请求是通过移动台所在基站向系统网络发出的，所述移动台所在基站，也就是接收到的信号最强的基站；在步骤2，系统网络通过移动台所在基站向移动台发出该基站位置信息和网络处理时延信息；在步骤3，移动台接收上述步骤2中移动台所在基站发出的信息，并记录下移动台本机接收时间；在步骤4，移动台根据接收到的信息和移动台本地处理延时计算出移动台至基站空中信号的传播延时，计算出两者间的距离；在步骤5，移动台测量自身至自身所在基站的方位角；在步骤6，移动台根据上述步骤得到的基站位置信息、自身距所在基站的距离和自身至所在基站的方位信息，计算出自身的位置。
在本发明的具体实施中，移动台的定位也可以由系统网络通过基站发起，具体的定位过程参考图2。
在步骤A，系统网络通过基站向已在本系统注册的移动台发出定位请求，同时记录基站本机发送请求时间；在步骤B，移动台记录接收定位请求命令的时间，同时启动方位测量传感器，测量自身至自身所在基站的方位角，然后将本移动台的方位信息和移动台处理时延信息通过其所在基站发送给系统网络；在步骤C，系统网络接收到移动台的方位信息和处理时延信息，同时记录接收上述信号的基站本机的接收时间；在步骤D，系统网络根据上述步骤得到的信息，计算出移动台所在基站与移动台空中信号的传播延时，进而计算出两者间的距离；在步骤E，系统网络根据上述步骤得到的移动台对于其所在基站的方位信息和基站位置信息，计算出移动台的位置信息；在步骤F，系统网络通过基站将该位置信息发送给移动台。
下面通过一个移动台的具体定位实例对本发明继续说明。参考图3。
假设移动台当前在基站1覆盖区内，移动台在进行定位时，向基站1发出定位请求，同时移动台记录下该发送请求的本地时间。系统网络响应该请求后，向移动台发出应答信息，该信息包含网络的处理时延和对应基站1的位置信息。移动台在接收到该信息后，记录下本地接收时间。移动台通过计算本地接收时间和本地发送时间的时差，扣除本地处理时间和网络处理时间后，得出移动台至基站1的传播时延，该传播时延即对应当前移动台到基站1的距离。移动台在接收基站1发送定位信息的同时，启动方位传感器，测量此时移动台至基站1的方位角。最后移动台通过接收到的基站1的位置信息和测量到的移动台至基站1的方位角，解算出移动台自身的位置信息，实现实时定位。
本例中，假设基站1的位置信息为(x0，y0)，该位置信息已知。移动台的位置信息为(x1，y1)。通过以上所述，移动台发送定位请求的本机时间为t0，移动台通过与系统网络通信得知基站的处理时延为Δt0，移动台接收基站位置信息和处理时延信息的本地时间为t1，移动台本机处理时延为Δt1，移动台与所在基站1的夹角为a，则移动台至所在基站的空中传播时延Δt为：Δt＝t1-t0-Δt0-Δt1。
移动台至所在基站的距离d为：d＝Δt*3*10+8(米)。
移动台的位置坐标为：x1＝x0-d*tg(a)，y1＝y0-d*ctg(a)。
下表是本发明实施例的实际验证结果，可见本发明的定位精度较高。
  序号     移动台实际位置   移动台定位测量位置     定位误差
    1   北纬39度12分18.8332秒东经112度17分38.5924秒   北纬39度12分18.1826秒东经112度17分38.8917秒     约20米
    2   北纬39度16分28.3568秒东经112度27分41.9192秒   北纬39度16分28.8134秒东经112度27分42.2794秒     约23米
    3   北纬39度12分29.4566秒东经112度34分21.1363秒   北纬39度12分29.8746秒东经112度34分20.6763秒     约22米
    4   北纬39度16分18.3533秒东经112度12分44.2656秒   北纬39度16分18.9627秒东经112度12分43.8255秒     约24米
    5   北纬39度16分05.6885秒东经112度14分10.1794秒   北纬39度16分05.6177秒东经112度14分9.3653秒     约25米

Claims (6)

1、一种移动通信系统中移动台的定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)移动台向系统网络发出定位请求，同时记录移动台本机发送请求时间；
(2)系统网络通过移动台所在基站向移动台发出该基站位置信息和网络处理时延信息；
(3)移动台接收上述步骤(2)中移动台所在基站发出的信息，并记录下移动台本机接收时间；
(4)移动台根据接收到的信息和移动台本地处理延时计算出移动台至基站空中信号的传播延时，计算出两者间的距离；
(5)移动台测量自身至自身所在基站的方位角；
(6)移动台根据上述步骤得到的基站位置信息、自身距所在基站的距离和自身至所在基站的方位信息，计算出自身的位置。
2、根据权利要求1所述的移动通信系统中移动台的定位方法，其特征在于：所述基站位置信息，通过大地测量的方法得到。
3、根据权利要求1所述的移动通信系统中移动台的定位方法，其特征在于：所述基站位置信息，通过在系统中各个基站附设全球卫星定位系统接收机得到。
4、一种移动通信系统中移动台的定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(A)系统网络通过基站向已在本系统注册的移动台发出定位请求，同时记录基站本机发送请求时间；
(B)移动台记录接收定位请求命令的时间，同时启动方位测量传感器，测量自身至自身所在基站的方位角，然后将本移动台的方位信息和移动台处理时延信息通过其所在基站发送给系统网络；
(C)系统网络接收到移动台的方位信息和处理时延信息，同时记录接收上述信号的基站本机的接收时间；
(D)系统网络根据上述步骤得到的信息，计算出移动台所在基站与移动台空中信号的传播延时，进而计算出两者间的距离；
(E)系统网络根据上述步骤得到的移动台对于其所在基站的方位信息和基站位置信息，计算出移动台的位置信息；
(F)系统网络通过基站将该位置信息发送给移动台。
5、根据权利要求4所述的移动通信系统中移动台的定位方法，其特征在于：所述基站位置信息，通过大地测量的方法得到。
6、根据权利要求4所述的移动通信系统中移动台的定位方法，其特征在于：所述基站位置信息，通过在系统中各个基站附设全球卫星定位系统接收机得到。
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