运用广播调频信号定位地理位置的方法及系统技术方案

一种利用广播调频信号进行搜寻定位的方法和系统。该方法是利用至少一个接收器接收来自三个ＦＭ调频电台的调频立体声信号，每一调频立体声信号包含调变的１９ＫＨｚ导引频率。并根据每一接收器所接收调频立体声信号的解调导引频率的相位差来决定地理位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种定位系统，尤指一种适用于室内定位的定位系统。
技术介绍
全球卫星定位(Global Positioning Satellites, GPS)系统主要是用来提供 导航坐标。目前的GPS系统使用24至27个半对地同步卫星(half geosynchronous satellites)在三维空间中进行三角定位。但GPS全球覆盖范围 仍有许多不足之处，再加上传统的GPS接收器仅能接收直线传输信号 (line-of-sight signal),加上常因信号强度太弱以致无法穿透建筑物的缘故，导 致现行GPS信号无法在室内使用。另外，由于高楼的障蔽，城市内也很难取 得低仰角GPS卫星的信号。此外，GPS的制造、发射与维持需要庞大昂贵的 国家资源，而信号结构的复杂、补偿干扰的需求、相对弱信号的电离层迟延 等因素更导致GPS接收器成本偏高。在GPS被大量运用之前的导航系统主要是长程定位(Long Range Positioning, LORAN)系统。LORAN系统运用双曲线定位理论，而非GPS所 采用的球面三角定位理论。两者的差异在于，双曲线定位使用到达时间差 (time-difference-of-arrival， TDOA)而球面理论则用到达时间(time-of-arrival， TOA)。但不论是双曲线定位理论或是球面三角定位理论均须要求各个基地台 完全时间同步，才能达到高精确性。LORAN系统有一个主要高频(high12frequency, HF)电台与两个附属站，于己知时间内以不同频率传送脉冲信号。 依据传统几何学，对二点距离差为定值的各点所集合而成的线就是双曲线。 一对双曲线的交叉点决定一对象的位置。该对象位置决定于二对基地台的距 离差(TDOA)。现代化后的LORAN系统采用GPS的优点，或是将全部基地 台都使用同步的原子钟，而不必使用主一从(master-skve)基地台的关系。使用极低频(very low frequency, VLF)信号的OMEGA系统也被运用于长 程定位，其频带介于11至15 KHz，使用长波远距播送。不同于LORAN系 统，OMEGA系统运用两个连续波形信号的相位差决定位置。然而，OMEGA 系统仍有位置精确性不足(偏差四海浬)的问题，这是因为如下理由l)远距播 送的波在历经多个周期(cycle)造成的相位偏差。2)因电离层发生多途径(Path) 的特性。3)平流层(stmtophere)、海洋或陆地所反射的信号会干扰直线波。4) 相隔遥远的基地台所发生同步时差。近来，E-911紧急援救项目开启对于目标定位系统的新需求。美国联邦 通讯委员会(Federal Communication Commission, FCC)规定4亍动电话业者应提 供大略位置的信息给911呼救的执法单位。由于行动电话转播塔的结构，更 便于定位系统建立在现有转播台的基础结构。转播台的时间同步可以由行动 电话公司经由网络或GPS进行。全球行动通讯系统(Global System for Mobile communications ， GSM)行动电话采用到达时间(TOA)、到达角度 (Angle-Of-Arrival ， AOA) 、 增 强 观!l 量 时 间 差 (Enhanced-Observed-Time-Difference， E-OTD)、以及辅助全球卫星定位(A-GPS) 等等。分码多任务撷取(Code Division Multiple Access， CDMA)行动电话则釆 用进阶前向连结三角定位法(Advanced-Forward-Link-Triangulation， A-FLT)的技术。分时多任务撷取(Time Division Multiple Access ， TDMA)行动电话则采 用A-GPS的技术。A-GPS用网络互助来縮短取讯时间，可达五公尺以内的精 准度。A-FLT与E-OTD的精准度约100公尺，TDOA与AOA的精准度约150 公尺。除了GPS的外，行动电话定位的精确度只适用于E-911的工作，但不适用于室内定位的应用。现代室内定位系统多半运用宽带信号(Wideband Fidelity, WiFi)或其它区域网络(Local Area Network, LAN)信号，其所传达的信号强度(Multi-stations Radio Signal Strength, RSS)、 TOA、 TDOA或综合的三角定位。该室内信号 传播会因为墙壁、房间隔板、金属家具而造成不均匀衰减与反射。高频(2.4GHz) 信号在室内短距空间中，仍会消弱许多。此外，现代室内定位还需要WiFi 网络基本架构。其它定位系统用商用调幅(Amplitude Modulation, AM)广播信号的相位差 距导航。此系统使用商用调幅频率(520KHz至1710KHz，波长约从200公尺 至600公尺)。虽可用于室内，但是信号会受建筑物导体影响而失真。由于AM信号容易因建筑与障蔽物而衰减，而调频(Frequency Modulation, FM)信号的相位随时变动，因此，另1种方法是利用FM信号的 包络信号强度而非FM信号的相位作为行动定位服务(location base service, LBS)之用。该方式称为小型个人对象技术(Small Personal Objects Technology, SPOT),其将微型FM接收器内建于手表大小的显示装置中，以提供行动定 位服务。换言的，LBS是依照一定数量FM电台的电讯强度(RSS)大小排列， 用以决定城市所在。比方说，依据5至11个电台信号强度排列，可以定位出 5哩内城镇的大略位置。虽不精确，但仍可用于LBS。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种运用广播调频信号进行定位地理位置的方法与系统。 一实施例是接收FM立体声信号以及运用信号的相位差决定地理位置。由一个以上的接收器接收从三个FM电台发出的FM立体声信号，而每一立体声信号包括FM19KHz的导引频率；再由FM解调的导引频率的相位差决定每一接收器的地理位置。为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下-附图说明图1是FM立体声合成信号频谱。图2是运用到达时间差(TDOA)的双曲线导航系统。图3是本专利技术一实施例，行动或参考站的导引频率相位测量。图4是本专利技术一实施例，计算单位距离中的代表相位差的例示图。图5是本专利技术一实施例，决定地理位置(即定位)过程图。图6是本专利技术一实施例，行动收发信号单元(移动单元)的功能方块图。图7A是本专利技术一实施例，于室外广场进行定位过程的示意图(电台的距离縮小以利图示)。图7B是本专利技术一实施例，于室内区域进行定位过程的示意图(电台的距 离縮小以利图示)。图7C是本专利技术一实施例，以室内中继器进行定位过程的示意图。图8是本专利技术一实施例，于已知电台位置的条件下进行定位的场地预备图。图9是本专利技术一实施例，于未知电台位置的条件下进行定位的简化场地 预备图。图IO是本专利技术一实施例，于未知无线电站位置的条件下进行定位的简 化选址场地预备图。图IIA是本专利技术一实施例的室内定位过程图。图11B是本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位方法，其包含：　利用至少一接收器接收自三个调频（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＦＭ）无线电电台的ＦＭ立体声信号，所述ＦＭ立体声信号包含一ＦＭ调频１９ＫＨｚ导引频率（ｐｉｌｏｔ　ｔｏｎｅ）；其特征在于，所述定位方法包 含：　根据所接收的所述若干个ＦＭ立体声信号解调后的若干个导引频率的相位差，决定每一接收器所在的地理位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：廖恒俊，
申请(专利权)人：廖恒俊，
类型：发明
国别省市：US[美国]