用于定位系统的到达时间估算技术方案

一种确定一个移动无线电站位置的方法包括估算在移动站和固定站之间传送的无线电信号的到达时间和从该到达时间导出其位置，到达时间估算方法包括产生粗略估算的第一估算步骤，粗略估算用来限定产生更精确估算的第二估算步骤的范围。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种估算无线电信号到达时间的方法和按本专利技术方法操作的设备，特别地但非唯一地应用到移动无线电设备的定位系统。通过计算其离开固定在已知位置的三个或更多个无线电基站的距离可确定一个移动无线电设备的位置。该移动无线电位置将处在围绕每个基站的圆(或在三维情况下是球)的交点，每个圆的半径相应该移动无线电设备离开那个基站的距离。这样的距离容易据移动无线电发射机和基站接收机之间无线电信号传送的传播延迟来加以确定，假定无线电信号在固定的光速(3×108m/s)上传播。例如10μs的传播延迟将相应3Km的距离。通过将普通称为TOA(到达时间)测量同已知的从该发射机发射该无线电信号的时间相组合来确定传播延迟。在其中并不要求知道发射时间的更为实际的确定传播延时的方法是测量由移动无线电发射机发射的信号到达每个基站接收机的时间差。替代起因于绝对TOA测量的围绕每个基站的圆形定位轨线，对每对基站计算相应于该移动无线电发射机离该对内的每个基站的距离差的双曲轨线，而该移动无线电设备的位置将处在这些双曲线的交点上。一般称测量到达时间差为TDOA(到达时间差)测量。用TOA和TDOA测量计算位置的方法在下列文献中曾讨论过T.S.Rappaport et al“Position Location Using WirelessCommunications On Highways of the Future”IEEE CommunicationMagazine，October 1996，PP.33-41。不管是使用TOA或TDOA测量，其位置计算精度在很大程度上取决于到达时间的测量精度。在本专利技术的说明书和权利要求中使用术语“到达时间”包括TOA和TDOA两者。通过使用从一个发射机向一个接收机发射的伪噪声(PN)序列的相关特性可测量到达时间。接收的信号和发射信号的复制信号的相关性在两者同步时将在相关函数中产生一个峰值。甚至在存在着由多径传播和噪声引起的严重失真的情况下可检测这个峰值。因此，测量到达时间的问题等效于在失真的接收信号和发射信号的复制信号之间的相关函数中的峰值的位置的精确检测。人们知道接收信号同该复制信号的相关性既可在时域又可在频域执行，例如参见T.S.Rappaport等以上参考文献。对于紧急情况，关键的是位置计算的速度和精度。位置计算的速度和精度取决于到达时间测量的速度和精度，因而依次取决于可利用的处理能力和所使用的算法。为提供大规模市场销路和设备价格是低的，因此低处理功率要求是重要的。按照本专利技术的一个方面，提供的用于确定与无线电基站相关的一个移动无线电站的位置的系统包括多个无线电基站，每个被配置来发射一个信号；和一个移动无线电站，被配置来接收由每个无线电基站发射的信号，并且具有用于估算每个接收信号的到达时间的装置和根据每个接收信号到达的估算时间计算该移动无线电站的位置的装置，其中用于估算到达时间的装置还包括用于形成具有第一解的第一到达时间估算的装置和用于形成具有第二解的第二到达时间估算的装置，第一到达时间估算贡献于确定形成第二到达时间估算的装置的范围，而第二解比第一解更精确。按照本专利技术的第二方面，提供的用于确定与无线电基站相关的一个移动无线电站的位置的系统包括配备来发射信号的一个移动无线电站，多个无线电基站，每个被配备来接收由该移动无线电站发射的信号，并具有用来估算该接收信号的到达时间的装置和根据在每个无线电基站接收的信号的估算的到达时间计算该移动无线电站位置的装置；其中用于估算到达时间的装置还包括用于形成具有第一解的第一到达时间估算的装置和用于形成具有第二解的第二到达时间估算的装置，该第一到达时间估算贡献于确定形成第二到达时间估算的装置的范围，而第二解比第一解更精确。按照本专利技术第三方面，提供的用于确定与无线电基站相关的一个移动无线电站的位置的方法包括从多个无线电基站发射信号；在移动无线电站接收由每个无线电基站发射的信号；估算每个接收信号的到达时间；并据到达时间的估算计算该移动无线电站的位置；其中到达时间的估算还包括形成具有第一解的第一估算阶段并产生到达时间的第一估算，和形成具有第二解的第二估算阶段并产生到达时间第二估算；第一到达时间估算贡献于确定第二估算阶段的范围，而第二解比第一解更精确。按照本专利技术的第四方面，提供的用于确定与无线电基站相关的一个移动无线电站的位置的方法包括从一个移动无线电站发射一个信号；在多个无线电基站处接收由该移动无线电站发射的信号；估算每个接收信号的到达时间；根据到达时间的估算计算该移动无线电站的位置；其中到达时间的估算还包括形成具有第一解的第一估算阶段并产生第一到达时间估算；以及形成具有第二解的第二估算阶段并产生第二到达时间估算；第一到达时间估算贡献于确定第二估算阶段的范围，而第二解比第一解更精确。按照本专利技术的第五方面，提供的用于估算在一固定无线电站和一移动无线电站之间发射的无线电信号的到达时间的设备包括用于形成到达时间第一估算的第一装置，该第一装置具有第一解，以及用于形成到达时间第二估算的第二装置，该第二装置具有第二解，到达时间第一估算贡献于确定第二装置操作的范围，而第二解比第一解更精确。在本专利技术的一个实施例中，从一个无线电基站发射一个PN序列并由一个移动接收机接收。在该接收机中使用两个到达时间估算阶段。在第一估算阶段中，执行如下频域计算。计算接收信号的快速富立叶变换(FFT)并乘以复制发送信号的FFT。计算乘积的反FFT将产生接收信号和发射信号的相关函数。在该相关函数中的一个明显的峰值相应于接收信号和复制信号之间的强的相似性，由此指示接受该发射的序列，而该峰值的位置指示所接收的信号中该序列的到达时间。此外可以有多个小峰由多径传播产生，但是都被分开处理，因此在本专利技术的上下文中可以忽略。对于第一估算阶段使用例如在该发射的序列码片的1/4到1/16周期的范围的粗略的取样间隔，这导至只是用等于该取样间隔的分辨度粗略估算到达时间，然而处理快速执行并只要求低的处理功率。在第一估算阶段中已定位相关函数中一个明显的峰值的位置后，在第二估算阶段处理接收的信号。在第二估算阶段中，执行如下时域计算。对于在阶段一估算期间检测的相关函数中的该峰值范围中的复制信号的连续移位，通过计算交叉相关系数计算接收信号和发射信号的复制信号的交叉相关函数，移位增量小于在阶段一中使用的取样间隔，直到已识别相关函数中的一个峰值为止。通过使用一个小的移位增量，比在第一估算阶段中更准确地确定该峰值的位置。该峰值指示在移动接收机处所发射序列的到达时间。第二估算阶段产生比第一阶段更高分辨率的到达时间估算。一般地，两个阶段估算比一个阶段是处理更为精细，但是第二估算阶段限制在第一估算阶段内检测的粗略估算的范围。阶段一和二组合结果的到达时间估算可以比纯频域估算或纯时域估算更准确和/或更快和/或更少精细的处理器。由设备的设计人选择这些好处之间的理想的折衷。还从另外的无线电基站发送PN序列，移动接收机计算其能检测的每个序列的到达时间。通过使用不同的序列和/或不同的频率能区别来自不同无线电基站的序列。之后由移动接收机使用技术中已知的TOA或TDOA系统公式计算接收机的位置用于估算来自每个无线电基站的序列的到达时间。为计算接收机的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个用于确定与多个无线电基站相关的一个移动无线电站的位置的系统，包括多个无线电基站，每个配置来发送一个信号；和配置一个移动无线电站接收由每个无线电基站发送的信号并具有估算每个接收的信号的到达时间的装置和根据每个接收信号估算的到达时间计算该移动无线电站的位置的装置，其中估算到达时间的装置还包括用于形成具有第一分辨度的第一到达时间估算的一个装置和用于形成具有第二分辨度的第二到达时间估算的一个装置，第一到达时间估算贡献于确定用于形成第二到达时间估算的装置的范围，第二分辨度比第一分辨度更精确。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DG波尔齐诺，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]