CN1942008B - 使用网络辅助的gps应用 - Google Patents

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Abstract

一种全球定位系统(GPS)包括一个用户端、一个移动终端、一个定位服务器、一个GPS应用服务器和一个基站网络。移动终端含有一个GPS接收器来从多个GPS卫星接收GPS信息。定位服务器通过网络连接到用户端。GPS应用服务器连接到网络来与定位服务器通讯，GPS应用服务器本身含有一个GPS接收器来从多个GPS卫星接收GPS信息以计算GPS应用服务器的位置。GPS应用服务器的地理位置为已知，根据该GPS应用服务器的地理位置和计算所得位置可以确定GPS辅助信息。基站网络与移动终端通讯以获取其GPS信息，根据该移动终端的GPS信息和上述GPS辅助信息来定位该移动终端。

Description

使用网络辅助的GPS应用
技术领域
本发明涉及一种全球定位系统(GPS)，尤其是用于室内环境精确定位的GPS系统。
背景技术
当前使用全球定位系统(GPS)卫星群来获取陆上某一位置的方位(纬度和经度)熟为人知并广泛使用。已经有人提议现代无线通讯系统中的移动终端具备接收GPS信号和计算地表位置的能力。
在室内环境中，能够从GPS卫星接收到的GPS信号较弱。为实现室内精确定位，具备GPS功能的设备不仅需要高灵敏度，还需要使用辅助信息，例如时间多普勒频偏、广播星历、年历等等。辅助信息作为辅助GPS(AGPS)传输。然而，当前某些领域的移动网络并不支持AGPS。
发明内容
本发明提供了一种方案和一种方法用于实现GPS辅助信息的传输，来在室内环境中对移动电话中的GPS设备进行精确定位。而且，使用本发明实施例的方案和方法也适用于非室内环境的操作。
本发明的一个实施例为儿童定位系统。其它实施例中，本发明实现了任意两个终端之间的定位服务。
根据本发明的一个实施例，一种GPS系统包括一个用户端，一个移动终端，一个定位服务器，一个GPS应用服务器和基站网络。移动终端含有一个GPS接收器来从多个GPS卫星接收GPS信息。定位服务器通过网络连接到用户端。GPS应用服务器连接到网络上来与定位服务器通讯，同时也含有一个GPS接收器来从GPS卫星接收信息用于计算GPS应用服务器的位置。GPS应用服务器的地理位置为已知，GPS辅助信息的内容取决于GPS应用服务器的计算位置和地理位置。基站网络用来和移动终端、定位服务器以及GPS应用服务器通讯，且获取移动终端的 GPS信息并根据移动终端的GPS信息和GPS辅助信息来对移动终端进行定位。
本申请要求同时待决的申请日期为2005年9月6日的美国临时专利申请序列号60/714,890以及申请日期为2006年8月18日的美国申请11/506,499的优先权，这两件专利申请的受让人与本申请之申请人相同，它们的内容完全参照合并于此。
附图说明
以下附图中，类似部分用类似数字表示，结合与附图相关的详细描述，本发明实施例之特性和优点显而易见。
图1为使用本发明之实施例的用于定位儿童终端的系统之结构图。
图2为使用本发明之实施例的图1之系统中用户端和移动终端之间信息流程的方块图。
图3为使用本发明之实施例的GPS移动终端定位方法流程图。
具体实施方式
以下将对使用网络辅助的GPS应用之实施例进行详细说明。需要明确的是，当我们联系实施例对本发明进行说明时，并非指本发明限于此实施例。相反，在不背离权利要求书所定义的本发明精神和范围的前提下，本发明可能涵盖各种备选物、修改或等同体。
在以下详细描述中，举出了大量的具体细节以便于理解。然而，本领域技术技术人员应该理解，不使用这些细节本发明亦可实现。在另一些情况下，对于熟知的方案、程序、元件和电路我们不作赘述，以突出本发明之主旨。
图1为使用本发明实施例的系统100，该系统可以定位移动终端110A至110N。系统包括一个或多个用户端102A-102N。用户端102A-N中的任何一个都可通过网络与服务提供(SP)服务器通讯，如定位服务器106。根据本发明的一个实施例，用户端102A与定位服务器106通过因特网120进行通讯，使用TCP/IP(传输控制协议/因特网协议)来实现实时、快速的数据通讯。
用户端120A-N中的任何一个都可作为终端连接到因特网120。例如，用户端120A-N包括但不限于个人电脑、笔记本电脑、个人数据助理(PDA)等等。本领域技术人员显然能够理解，在本发明的另外一些实施例中，用户端120A-N也可以是通过局域网(LAN)或者无线局域网(WLAN)连接到因特网120的终端。
根据本发明实施例，系统100还包括一个或多个电子设备或GPS移动终端110A-110N。移动终端110A-110N都具备GPS功能并含有相应的GPS接收器142A-N。GPS移动终端可以是任何类型的移动电话。例如，根据本发明的实施例，GPS移动终端110A为一GSM制式移动电话。
根据本发明实施例，GPS移动终端110A的GPS接收器142A可以从多个GPS卫星112获取GPS卫星信息。从多个GPS轨道卫星上获取信号即可精确计算出GPS移动终端110A的位置。另外，使用GPS轨道卫星112的信号也可追踪GPS移动终端110A的移动。
如上已述，根据本发明的实施例，系统100用于定位移动终端110A-N的位置。在实例操作中，用户端102A用于监测移动终端110A的位置。用户端102A可发送一个请求给移动终端110A以得知其位置，由此作为系统100的母端。移动终端110A接收到用户端102A的请求后将自身位置信息发送给用户端102A，由此作为系统100的子端。
另外，根据本发明的一个实施例，移动终端110A-N可以捆绑于任何移动设备或被其携带。例如，移动终端110A可以是车辆、出租车、棚车、船只、消费商品等等。这样，用户端102A可以监测与移动终端110A捆绑的移动设备的位置来管理或追踪该移动设备。
如前已述，移动终端110A需要辅助信息来进行定位。系统100使用GPS应用服务器104来向移动终端110提供GPS辅助信息。
根据本发明的一个实施例，定位服务器106用于在用户端102A-N和GPS应用服务器104A-N之间传输数据。例如，在某一实施例中，定位服务器106通过因特网在用户端102A-N和GPS应用服务器104A- N之间传输数据。这样，定位服务器106作为一个通讯中心运行。在本发明的另一实施例中，构建用户端110A-N中的一个使其作为定位服务器运行。
根据本发明的一个实施例，GPS应用服务器104A包括一个GPS接收器144A来从GPS卫星112接收GPS信号。在一个实施例中，GPS应用服务器104A为固定的。GPS应用服务器104A的地理位置为固定或已知。也就是说，GPS应用服务器104A的位置信息如经度、纬度、海拔等为已知数或常数。通过对GPS应用服务器104A的位置信息和GPS接收器144A接收到的GPS信号的位置信息进行对比，就可以得到附近区域的GPS辅助信息，如多普勒频偏、卫星个数、参考时间、参考位置。更具体地说，GPS应用服务器104A地位置信息已知并为常数，通过将其与从GPS卫星112所获取的GPS信息所决定的GPS应用服务器104A位置信息对比，就可以确定GPS辅助信息并用于补偿该地区中所有移动终端110A-N的误差。
实际操作中，用户可以使用用户端102A-N中的任何一个来发送请求给定位服务器106以监测移动终端110A-N中的某一个。在一个实施例中，移动终端110A-N中的每一个都有单独的识别号码。这样，从用户端102A-N中的一个发出的请求包含了识别号码，该号码对应移动终端110A-N中的某一个。
如本领域技术人员熟知，一个移动电话系统例如GSM网络，可能含有多个基站子系统(BSS)，每一个基站子系统包括多个基站(BS)或者基站收发信机(BTS)，和多个基站控制器(BSC)。基站子系统可能连接到一个交换网路子系统(NSS)来负责传递基站子系统之间的通讯数据。
使用本发明实施例之一的系统100还包括一个由传输站和接收站组成的无线基站网络(基站网络124)。如图1所示，基站网络124支持移动终端110A-N。基站网络124和移动终端110A-N之间使用GSM网络规范进行通讯。
更具体来说，上述基站网络124包括多个基站(图中未示出)。当 移动终端110A-N中的一个与基站网络124之间通讯，基站网络124仅使用最近的一个基站与移动终端进行通讯，如移动终端110A。基站网络124的每一个基站位置都为已知。因此，根据与移动终端110A距离最近且在与之通讯的基站位置可以粗略估计移动终端110A的位置。另外，在某一实施例中，只要移动终端110A-N打开，每个终端都会与相应的距离最近的基站保持联络或通讯。
根据本发明的一个实施例，系统100的定位服务器106通过因特网120从用户端102接收到请求后，定位服务器106与基站网络124通讯来获取目标移动终端110A的大概位置或者所在城市。然后，根据此移动终端110A所在的城市，定位服务器106与GPS应用服务器104A-N中的一个通讯或向其发送一个信号，该GPS应用服务器位于移动终端所在的城市，或者与该基站或移动终端位置接近。
被选定的GPS应用服务器通过基站网络向移动终端110A中的GPS接收器142A发送GPS辅助信息和定位请求。根据本发明的一个实施例，GPS应用服务器104A-N可以位于世界上任何地方。如上已述，提供支持的GPS应用服务器104A包括GPS接收器144A用于接收来自GPS卫星112的GPS信号。这样，由于GPS接收器144A的位置已知，GPS应用服务器104A可以进行计算并提供GPS辅助数据来校正附近区域的GPS误差。
另外，当定位服务器106通过基站网络124获得移动终端110A的粗略位置或者所在城市时，位于同一城市或者与移动终端110A邻近的GPS应用服务器104A提供支持，与移动终端110A通讯并提供GPS辅助数据。
根据本发明的一个实施例，移动终端110A通过基站网络124接收到定位请求和GPS辅助信息。例如，移动终端110A与基站网络124之间的通讯使用GSM网络规范。移动终端110A的GPS接收器142A从GPS卫星112获取到GPS信息。在一个实施例中，移动终端110A的位置是根据来自GPS卫星的GPS信息来计算的。在另一实施例中，移动终端的位置根据来自GPS卫星的GPS信息和来自在附近提供支持的GPS 应用服务器104A的GPS辅助信息来计算。计算出来的位置信息通过基站网络124提供给GPS应用服务器104A或定位服务器106A。
根据本发明的另一实施例，移动终端110A接收到位置请求。移动终端110A的GPS接收器142A从GPS卫星112获取GPS信息。移动终端110A将GPS卫星信息发送给提供支持的GPS应用服务器104A。在此实例中，GPS接收器142从GPS卫星112接收到的GPS信息通过基站网络124发送给在附近提供支持的GPS应用服务器104A。移动终端110A的位置在附近的GPS应用服务器104A上计算。另外，附近提供支持的GPS应用服务器104A还可以提供GPS辅助数据来精确计算移动终端110A的位置。这样，GPS移动终端110A的首次定位时间、定位效能、功率消耗和GPS芯片尺寸都可以大大缩减。
根据本发明的另一实施例，移动终端110A接收到位置请求。移动终端110A的GSP接收器142A从GSP卫星112获取GPS信息。移动终端110A将GPS卫星信息发送给定位服务器106。在此实例中，GPS接收器142A从GPS卫星112接收的GSP信息是通过基站网络124传输给定位服务器106。此移动终端110A的位置在定位服务器106上计算。另外，GPS辅助数据也可由在附近提供支持的GPS应用服务器104A提供并发送给定位服务器106以便于精确计算此移动终端110A的位置。这样，GPS移动终端110A本身的功耗和GPS芯片尺寸都可以大大缩减。
在一个实施例中，移动终端110A的位置数据经由因特网120发送给定位服务器106。定位服务器106再将移动终端110A的位置数据通过因特网120传输给用户端102A。此位置数据为地理信息或数据。
根据本发明的另一实施例，使用该实施例的系统100还包括一个电子地图(e-map)服务器108来提供电子地图并显示出特定移动终端在此电子地图上的位置。在另一实施例中，电子地图服务器108通过因特网120连接到定位服务器106和用户端102A上。用户可以使用定位服务器106提供的浏览工具或服务器浏览器来读取电子地图。这样，定位服务器106可以通过因特网120向电子地图服务器108提供与移动终端110A相关的GPS数据。必要时，电子地图服务器108可以结合必要的GPS辅助 数据，将GPS数据整合到电子地图中。电子地图服务器108将整合了移动终端110A位置的电子地图(如果需要，可以同时提供速度，时间信息)发送给用户端102A。
移动终端110A的位置可以在电子地图上示出。用户可以在用户端102A上监测移动终端110A的位置。这样，在某一实施例中，用户可以获取将移动终端110A置于电子地图上以表明其地理位置的视觉信息。另外，根据本发明的一个实施例，图1所示的电子地图服务器108、定位服务器106和GPS应用服务器104A都由服务提供商来提供。
图2为图1之用户端102A和移动终端110A之间的信息流。图1和图2中的用户端102A和移动终端110A系作为描述性实例说明如何使用用户端102A来定位移动终端110A。
如图1所示，使用用户端102A来定位移动终端110A时，通过因特网120向定位服务器106发送一个包含了该移动终端110A识别码号码的请求。如本领域技术人员所熟知，移动终端110A若处于打开状态，将会与附近的基站保持通讯。定位服务器106与基站网络124通讯。这样，根据移动终端110A的识别号码可以得知在其附近提供支持的基站。
一旦得知处于终端附近并提供支持的基站，移动终端110A的大概位置或所处城市就可以确定，并由此确定其附近的GPS应用服务器104A。继而GPS应用服务器104A可以确定大致的GPS辅助数据。接下来向移动终端110A发送一个请求将其激活以便于从GPS卫星112接收该移动终端110A的GPS信息。基于来自GPS卫星112的GPS信息和来自GPS应用服务器104A的GPS辅助数据，可以计算或确定移动终端110A的位置数据。如上已述，移动终端110A位置数据的计算可以在移动终端110A、GPS应用服务器104A或者定位服务器106上进行。定位服务器106获取移动终端110A的位置数据后发送给用户端102A。电子地图也可发送至定位服务器106并在电子地图上虚拟出移动终端的位置。
图3为使用本发明的一个实施例来获取一个电子设备如GPS移动终端的位置之方法300。步骤302中，用户使用用户端，比如个人电脑或者个人数据助理(PDA)，通过通讯网络如因特网来发送请求给定位服务 器来对多个移动终端中的任何一个进行定位。该请求包含了多个移动终端中目标移动终端的识别号码。
步骤304中，定位服务器一旦接收到请求，就与移动通讯网络如无线基站网络或基站网络进行通讯来确定该移动终端的大概位置或所处的城市。根据本发明的一个实施例，该移动通讯网络使用GSM制式，移动终端为移动电话。如本领域技术人员所熟知，移动通讯网络包括多个基站网络，每一个基站网络含有多个基站。所有的移动电话都与附近的基站通讯，该基站的位置或相关地理信息为已知。这样，可以确定该移动终端所处的城市或大致区域，即在与该移动终端通讯并提供支持的基站附近。
步骤306中，定位服务器发送另一个请求给该城市或附近区域的GPS应用服务器，或者是最近的GPS应用服务器，以获取该大致区域的GPS辅助数据。提供支持的GPS应用服务器含有一个GPS接收器来从多个GPS卫星接收GPS信息用于计算GPS应用服务器的GPS位置信息。GPS应用服务器的位置为已知。对比计算所得的GPS位置信息和该GPS应用服务器的位置，可以确定相关地理区域的GPS辅助数据用于校正在此区域内所有移动终端的GPS误差。
步骤308中，通过基站网络向该移动终端发送请求来激活该移动终端从GPS卫星接收GPS信息。根据本发明的一个实施例，该移动终端含有一个GPS接收器来从GPS卫星接收GPS信息。
步骤310中，根据该移动终端从GPS卫星接收到的GPS信息和从GPS应用服务器接收到的GPS辅助数据，计算该移动终端的位置数据。根据本发明的一个实施例，GPS辅助数据同时也通过基站网络传输给该移动终端。在此实例中，该移动终端的位置信息可以在移动终端上计算并传输给GPS应用服务器。
根据本发明的一个实施例，另一可选方法是GPS辅助数据不发送至移动终端，该移动终端的位置信息的计算在GPS应用服务器上进行。在此实例中，该移动终端从GPS卫星接收到的GPS信息传输给GPS应用服务器，并和GPS辅助数据一起用于计算该移动终端的位置信息。
步骤312中，计算所得的该移动终端位置数据通过基站网络传输给定位服务器。
步骤314中，电子地图服务器提供一幅电子地图并通过因特网传输给定位服务器。根据本发明的一个实施例，该电子地图服务器可以将GPS数据，必要时加上GPS辅助数据，整合到电子地图中。电子地图服务器将显示了一个或多个目标移动终端的电子地图发送给用户端。
步骤316中，目标移动终端的位置数据在用户端显示。该移动终端的位置可以在电子地图上表示。用户使用用户端来监测移动终端的位置。这样，用户获得的视频信息通过将移动终端置于电子地图上表明了其地理位置。
以上描述文字和附图仅为本发明之首选实施例，需要明确的是，在不背离所附权利要求书所定义的本发明之范围和原则的前提下，可以有多种增补、修改和替换。本领域技术人员将理解，在不背离本发明原则的前提下，根据特定环境和运行要求，本发明在实际应用中可能在形式、结构、安排、比例、材料、组件、元件及其它方面有大量修改。故而，在此所公开的所有实施例都应认为是说明性而非限制性，本发明的范围由所附权利要求书及其合法等同物来界定，而非限于此前之描述。

Claims (14)

1.一种定位方法，其特征在于，包括：
在定位服务器上接收某一设备之请求，来定位一电子设备；
确定所述电子设备的大致地理区域；
根据上述大致地理区域，使用与所述电子设备接近的GPS应用服务器计算GPS辅助信息；
通过移动通讯网络从所述GPS应用服务器上将所述请求发送给所述电子设备；
在所述电子设备上从多个GPS卫星接收GPS卫星信息；
使用上述GPS卫星信息和GPS辅助信息，在所述电子设备上或所述定位服务器上或与所述电子设备接近的所述GPS应用服务器上计算该电子设备的地理位置；
将所述地理位置通过所述定位服务器发送给上述发出请求的设备。
2.如权利要求1所述之方法，其特征在于，还包括：
当在所述电子设备上计算该电子设备的地理位置时，通过上述移动通讯网络从与所述电子设备接近的所述GPS应用服务器将所述GPS辅助信息发送给上述电子设备。
3.如权利要求1所述之方法，其特征在于，还包括：
当在所述定位服务器上计算该电子设备的地理位置时，通过所述移动通讯网络将所述GPS卫星信息从所述电子设备发送至所述定位服务器，与所述电子设备接近的所述GPS应用服务器将所述GPS辅助信息发送给所述定位服务器。
4.如权利要求1所述之方法，其特征在于，还包括：
当在与所述电子设备接近的所述GPS应用服务器上计算该电子设备的地理位置时，通过所述移动通讯网络将所述GPS卫星信息从所述电子设备发送至与所述电子设备接近的所述GPS应用服务器。
5.如权利要求1所述之方法，其特征在于，还包括：
使用所述地理位置追踪所述电子设备。
6.如权利要求1所述之方法，其特征在于，所述接收请求还包括：
通过因特网接收所述请求。
7.如权利要求1所述之方法，其特征在于，所述计算GPS辅助信息还包括：
所述GPS应用服务器从多个GPS卫星接收卫星信息，所述GPS应用服务器的地理位置为已知；
根据所述GPS卫星信息计算所述GPS应用服务器的GPS位置；
对比所述GPS位置和所述GPS应用服务器的所述地理位置确定GPS辅助信息。
8.如权利要求1所述之方法，其特征在于，所述确定大致地理区域包括：
在所述电子设备和基站网络中邻近的一个基站之间建立通讯，所述电子设备与所述邻近基站的距离在一个预设值之内；
将所述大致地理区域与所述邻近基站地点联系起来。
9.一种GPS系统，其特征在于，包括：
用户端；
含有GPS接收器以便于从多个GPS卫星接收GPS信息的移动终端；
一个通过网络连接到所述用户端的定位服务器，其用于接收所述用户端发出的用于定位所述移动终端的请求，并根据该请求确定所述移动终端的大致地理区域；
连接到所述用户端的与所述移动终端接近的GPS应用服务器，该GPS应用服务器通过所述网络与所述定位服务器通讯，该GPS应用服务器含有一个GPS接收器以便于从多个GPS卫星接收GPS信息并由此确定该GPS应用服务器的GPS位置，而其地理位置为已知，所述GPS应用服务器由所述定位服务器根据上述大致地理区域确定，所述GPS应用服务器根据所述GPS位置和所述地理位置可以确定GPS辅助信息；该GPS应用服务器通过基站网络将所述请求发送给所述移动终端；
基站网络，其用于和所述移动终端、所述定位服务器以及所述GPS应用服务器通讯；
在所述定位服务器上或所述移动终端上或与所述移动终端接近的所述GPS应用服务器上，根据该移动终端接收到的GPS信息和上述的GPS辅助信息计算所述移动终端的地理位置，来定位该移动终端。
10.如权利要求9所述之GPS系统，其特征在于，还包括一个提供电子地图以显示所述移动终端地理位置的电子地图服务器。
11.如权利要求9所述之GPS系统，其特征在于，所述通过网络连接到所述用户端的定位服务器中的网络为因特网。
12.如权利要求9所述之GPS系统，其特征在于，所述移动终端具有一个识别号码，使得用户端可以根据该识别号码确认该移动终端。
13.如权利要求9所述之GPS系统，其特征在于，所述基站网络包括多个基站，其中的一个基站与所述移动终端保持通讯。
14.如权利要求9所述之GPS系统，其特征在于，所述用户端为一移动电话。
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