由wi-fi信号定位的方法

专利名称：由wi-fi信号定位的方法
技术领域：
本发明大体涉及利用Wi-Fi信号结合或者不结合GNSS (全球导航卫星系统)信号的定位系统领域。
背景技术：
当前导航终端的绝大多数采用卫星定位系统(SPS)，如GPS (Global Positioning System)。今后，当终端根据其接收的信号确定其地理位置时，我们将采用术语“定位”，相反地，当终端的坐标由其发射的信号确定时，采用术语“定域”。在城市环境中，建筑物的存在通过屏蔽、反射、衰减和衍射作用干扰了卫星信号的传播。因此，SPS的定位性能在有效性和准确性方面都受到了损害。为了解决这些不足，使用在城市中广泛使用的由无线通信系统发射的射频信号来确定移动终端的位置已经被建议。例如，G. Boriello及其他人的题为“传送现实世界无处不在的定位系统”的在www, placelab. org/publications/上可以看到的文章中，描述了一种采用Wi-Fi网络(IEEE 802. 11)接入点发射的信号的定位系统(地方实验项目)。在那个系统中，终端首先扫描一定范围内的Wi-Fi接入点，从而得到他们的MAC地址，以及各自的功率或者接收信号的强度(RSS，Received Signal Strength)。终端再根据这些MAC地址搜索接入点的地理位置，用各自的功率进行重心加权，以估计它自己的位置。然而，这种定位系统不能让人完全满意，因为定位精度仍然不够。而且，所计算得到的位置有时比较荒谬，因为对应到不能到达的区域，这损害了该系统的可靠性。另外，该系统要求访问包含接入点和各自的地理位置的列表的数据库。这些数据可以协作地或通过集中的方式进行收集。在协作收集中，具有便携的Wi-Fi/GPS终端的个人在他们移动过程中提供他们的位置和在那些位置上的Wi-Fi扫描结果(MAC地址和RSS等级)。在集中收集中，装备有GPS接收器和Wi-Fi终端的交通工具纵横穿梭于根据预定的线路对应的区域里，以收集MAC地址和RSS等级。这种收集策略使得完全覆盖这一区域，消除某些由数据库中存储的接入点的非同类分布造成的定位缺陷变成可能。然而，无论协作式，还是集中式， 数据收集都是一个缓慢的，成本大的过程。而且，其必须持续不断的或者以一定时间间隔进行，以便于更新接入点。本发明的目的是提供一个利用无线通信系统的接入点的定位系统，其不具有上述缺陷，特别地，还提高了定位的准确度和可靠度。本发明的另外一个目的是提供一种快速的、有效的和经济的数据库的形成方法。

发明内容
本发明由一种采用从至少一个无线通信网络的多个接入点接收的信号定位终端的方法所限定，包括从接收的信号中取回所述接入点的标示符的步骤；从第一数据库(BDP)中所述接入点各自的标识符中搜索所述接入点的地理位置信息的步骤；从所述接入点的至少地理位置信息中估计终端的位置信息的第一步骤，所述位置信息为所述终端的位置，或所述终端所处的被称为定位区域的区域，还包括从第二数据库(SIG)中取回与估计的位置的周围区域或估计的定位区域相关的地形信息的步骤，利用取回到的地形信息估计终端的位置的步骤。根据第一实施例，第二估计步骤包括利用从所取回的地形信息中得到的系数，或者是对所述终端的位置和利用卫星定位方法得到的第二位置的加权，或者对一方面从接入点接收的信号的测量，和另一方面卫星定位系统的信号测量加权。根据第一实施例的可选方案，第二估计步骤包括根据所取回到的地形信息，在利用从所述接入点接收到的信号的第一定位方法， 利用从卫星定位系统中接收到的信号的第二定位方法，或者同时利用第一和第二定位方法的第三混合定位方法的中选择的步骤，利用所选择的方法确定终端的位置的步骤，选择定位方法的步骤还可使用用于终端的时间信息和描述所述定位系统的卫星轨道的参数。第二数据库可有利地包括用于为地理区域的多个点选择定位方法的信息。可替换地，对于所述多个点中的每一个，第二数据库包括与时间信息相关的所述选择信息。有利地，如果选择第一定位方法，特定于实施第二定位方法的物质和/或软件装置被置于备用状态，如果选择第二定位方法，特定于实施第一定位方法的物质和/或软件装置被置于备用状态。可以选择第一定位方法以确定沿着第一轴线的终端的位置，选择第二定位方法以确定沿着与第一轴线分开的第二轴线的终端的位置。根据第二实施例，终端根据第二数据库的地形数据，来确定检测到的接入点和所述区域的多个点之间的传播信道的特征，并由此对所述点中的每一个，推断出在那些点中每一个处的理论功率。第二估计步骤通过在所述点中搜索使代价函数最小的点有利地确定终端的位置， 代价函数取决于在一个点处的理论功率和从接入点接收到的信号的功率之间的差。根据第三实施例，对于每个接入点，第一数据库(BDP)包括地理位置信息，其包括它的地理位置和描述所述位置周围的不确定区域的数据。终端的位置可有利地由对所述终端检测到的接入点各自的地理位置使用加权系数加权来确定，所述系数由检测到的点的传输功率的递增函数和它们各自的不确定区域的表面的递减函数得到。第一数据库由为每个接入点都提供其邮寄地址部署的文件事先形成，并且根据储存在第二数据库中的所述地址相关的地形信息，每个接入点被分配一个地理位置。所述地址相关的地形信息优选地提供位于那个地址的建筑物的二维覆盖范围，而接入点的位置就以所述覆盖范围的重心来计算。
可替换地，与所述地址相关的地形信息提供位于所述地址的建筑物的二维覆盖范围，如果建筑物有各个地理位置P1, P2, ... , Pk的多个地址A1, A2, ... , Ak，确定位于这些位置的点的Voronoi图，接入点的地理位置以所述二维覆盖范围和与所述地址关联的点的 Voronoi单元的交集的重心来计算。第一数据库可根据接入点的初始集合来形成，一个不属于所述集合的接入点通过使用从至少三个属于所述集合的接入点接收的信号来标识和定域，然后标识符和所述接入点的位置被存储在第一数据库中。在一个实施例中，当第一估计提供了不相连的或者有一个大于一定阈值的表面的终端的定位区域时，则诊断出一个估计错误。在这种情况下，考虑第一估计步骤，有可能在多个接入点中搜索到导致所述错误的那个接入点，也有可能从第一数据库中去除那个接入点。在一个有可能提高第一数据库准确度的实施例中，以集中方式，存储多个终端的轨迹，终端的轨迹被定义为在一定时间段期间内第一步骤的中检测到的点的标识符的集
I=I O第二数据库有利地定义了所述多个终端授权位置空间以及禁止位置空间，接入点的地理位置在它们各自的不确定区域内被优化，通过最小化所有轨迹的平均代价函数来进行优化，所述代价函数取决于在授权位置的空间处轨迹的偏差。


本发明的其他特征和优点可通过结合附图阅读优选实施例体现出来，附图包括图1是根据本发明的定位方法的原理图；图2A和图2B分别是地形数据库中的一维和二维实例；图3所示是提高接入点位置精确度的定位方法图。
具体实施例方式我们通常考虑至少一个无线通信系统网络覆盖的特定区域。优选地，这个网络是 Wi-Fi类型的，如采用802. lla/b/g/n等标准中的一个。或者，可以是蓝牙(IEEE802. 15. 1， IEEE 802. 15. 2，IEEE 802. 15. 3，IEEE 802. 15. 4)或紫蜂(物理层和 MC 层 IEEE 802. 15. 4) 类型的无线个人局域网(WPAN，Wireless Personal Area Network)，全球微波互联接入 (IEEE 802. 16)类型的无线城域网(WMAN，Wiress Metropolitan Area Network)，或超宽带 (UffB)网络(IEEE 802. 15. 4a)。几个同一类型(如取决于不同的运营者)或不同类型的网络也可以被考虑作为本发明的背景。然而，为了简化同时不影响通用性，我们假定后述提到的网络指Wi-Fi类型。众所周知，Wi-Fi类型的网络包括安装在个人家庭和/或公共场所的接入点，其允许带有IEEE 802. lla/b/g/n调制解调器的终端连接到网络上。这样一个终端自动地或根据简单的请求扫描在其范围内的终端。扫描可以被动(接收由接入点传送的周期性消息) 进行或主动(传送请求信息和接收接入点传送的响应)进行。因此，无论能不能连接到所述接入点，都可以得到包含每个接入点的MC地址的周围接入点的列表，也称为BSSID(Basic Service Set Identifier)，如果可能，还可以得到接收信号的功率等级标识或接收信号的
6强度(RSS，Received Signal Strength)。通常，对于任何网络，终端能够从不同接入点接收到的信号中取回出它们各自的标识符。此处，接入点的标识符将涉及与所述点客观地相关联的地址。图1用图表阐释了本发明的定位方法的原理。第一步110，如上所述，终端扫描无线局域网信道，从接收到的信号中取回周围接入点的标识符。可选地，同时测量从所述接入点接收的信号各自的功率。第二步120，在被称为BDP的数据库中检索与每个所述终端相关的位置信息。与每个点相关的位置信息可被具体到它的地理位置，例如其所处地的经度和纬度。再具体地，根据预知的接入点周围的网，其也可以表现出接入点传送的信号的功率分布。对于每个点或者只是部分点，除了地理位置，数据库BDP可包含所述点传输功率的标识，如果可能，还包括传输信号的传播，如以传输参数的形式表示。数据库BDP形成的方式将在后面描述。如果数据库BDP被存储在本地或安装在远程服务器上，终端自身可以进行位置信息的搜索。在第一种情况下，数据库BDP可被放置在终端的存储器或一个单独的存储卡上。 例如，存储卡可容纳一个给定城市相关的数据库BDP。数据库BDP可全部或部分地被终端下载。例如，如果用户知道其路线，其可根据期望的路线从数据库BDP中下载一个片段到终端上。或者，终端可以向装有数据库BDP的服务器发送一个下载部分所述数据库的请求，该请求包括检测到的点的一个或多个标识符参数。被服务器返回到终端的部分BDP数据库然后覆盖由服务器确定的地理区域，确定的地理区域是根据发送到请求的标识符的位置推定的位置和由预订或取决于请求参数的范围标准确定的。通常，必须返回终端的部分BDP也可采用粗略定位方法确定。在第二种情况下，例如，当数据库BDP放置在服务器上，终端向服务器发送一个搜索检测点标识符参数的请求。服务器然后将检索的结果返回到终端上。如果可能，数据库BDP可分布在多个服务器上，如在名称为“3GPP Technical Specifications Group ERAN ；Functional Stage 2, description of Location Services (LCS) in GERAN” 的 3GPP TS 43. 059 技术规范中描述的 SMLC (Serving Mobile Location Center)类型，或者在名禾尔为"3GPP Technical Specification Group Services and System Aspects ；Functional Stage 2, description of Location Services (LCS). ” 的3GPP TS 23. 271 技术规范中描述的GMLC(Gateway Mobile Location Center)类型。服务器也可以为文章"Secure User Plane Location Architecture "Candidate version 1. 0, 27 Jan. 2006，0MA-AD-SUPL-V1_0-20060127-C, Open Mobile Alliance 中定义的 SLP(SUPL Location Platform)数据库BDP至少包括一个包含地理信息的接入点的标识符的列表，如地理位置。 这些标识符可以根据网络，或SSID (Service Set Identifier)或地理区域进行分类。当数据库存储在终端，可方便地通过一个公知的压缩算法压缩，如Ziv-Lempel编码。进一步地， 还可以方便地采用相关的编码对点的地理位置进行编码，如通过在所选空间的中心选择一个参照。在步骤130中，进行终端的位置信息的初步估计。此信息提供终端或其大致标识的位置。该初步估计可以由服务器或者直接由终端进行，因为数据库BDP存储在服务器，或者因为检测到的接入点的地理位置预先被服务器传送到终端。终端的位置估计包括例如确定包含接收功率大于一定数值的接入点的不确定区域的重心。还可以包括计算接入点的地理位置的重心，通过接收到的功率或所述功率的标识进行加权。如果接入点的传输功率在数据库中被标明，或者对于每个网络(如对于每个 SSID)的标定传输功率是已知的，或者作为终端(由BSSID给定)类型的函数，终端的位置将被估计为接入点的地理位置的重心，由接收功率与每个终端的传输功率的比率或者取决于这些比率的加权因子来加权。在数据库BDP包含每个点周围的功率分布的更复杂的情况下，终端的位置由取决于接收信号的功率和存储功率的偏差的代价函数的最小值决定的。例如，代价函数可以是终端检测到的点的功率偏差的平方和。终端的位置再由点的所述代价函数的最小值得到。一种混合情况是数据库BDP包含接入点的地理位置和使计算每个点周围的功率分布成为可能的传播模型的参数。然后，就有可能通过使用上述的一个或其他方法确定终端的位置。如上所述，位置信息能够简单的提供终端位置的大致标识，如一个包含终端位置的区域，后述称为定位区域。定位区域可由凸出界限形成，凸出界限定义为所有检测到的接入点的位置。检测到的接入点指从终端接收的信号功率大于预定数值的点。
根据第一可选方式，定位区域可由与检测到的点相关的可视区域的集合形成。接入点的可视区域指终端可接收功率大于一定数值(不必与之前的数值一致)的信号的区域。每个点的可视区域可以直接在数据库BDP中标明，也可以从传播模型中推导出来，其中，参数被事先存储在数据库中。根据第二可选方式，定位区域被定义为终端检测到的的点相关的可视区域的交集。如果这个交集是空的，终端可再选择凸出界限的定位区域或可视区域类型的集合。根据第三可选方式，定位区域通过一个长方形区域来确定，在本地地理参照或根据全局坐标在可以是WGS84类型(纬度，经度和可选择的海拔高度)的全局坐标中定义，包含所有检测到的接入点的位置。数据库BDP被建立以便于通过所选区域所处的地理板块排列接入点的位置。在这种情况下，定位区域可由每个包含至少一个检测到的接入点的板块的集合得到，如果希望得到更加准确的位置估计，由所述板块的交集得到。需要注意的是，数据库BDP可能包含错误，例如，如果一个接入点的位置由于最新的数据库的更新而被改变。当接入点导致一个表面过大，或不相连，或空的定位区域，可以很方便地除去这样一个接入点。在这种情况下，将除去位置远离检测到的接入点的重心的接入点。为了减少错误率，估计位置信息130也可以同时使用过去的位置信息。例如，终端的位置可通过过滤在连续时刻估计的终端的位置来得到。过滤可通过采用带有遗忘因子的递归过滤实现。进一步地，一个或多个过去位置信息可通过使用另一个定位方法如卫星定位方法得到，或通过无线通信网络的单元鉴定得到。
此处往后，APPS(Access Point Positioning System)是指通过接入点定位的系统，如上述的步骤130.在步骤140，在第二数据库中检索与步骤130中估计的终端的位置或在同一步骤中估计的终端的定位区域周围的区域相关的地形信息，第二数据库表示为SIG。数据库SIG包含区域的地形模型，如位于该区域的物件的列表和按照分类的排列。每个物件通过属性数据，几何数据和地理数据来定义。几何数据描述物件的几何形状 (点，线段，线段集合，多面体等等)，地理数据定义它的地理位置。例如，不同的所选的类别可以是公路，人行道，桥，建筑物，庭院，公园，绿地，森林，水元素，兴趣点(POI)等等。每个类别可再分为子类别。例如，公路类别可分为高速公路，国道，县级路，街道，死胡同，人行路，铁路等等。一个物件的属性数据包括其所属于的类别和子类别。一个物件可以通过附加的数据如道路段的名称，建筑物的地址等被定义在SIG数据库中。使用所选区域的地形信息，终端或者如果可能，远程服务器继续对其进行新的位置估计。根据本发明的第一实施例，SIG数据库中的地形信息被用于从接入点定位方法 (APPS)，卫星定位系统(SPQ，或混合定位方法中选择最合适的定位方法，混合定位方法本身能够被划分为所谓的紧密混合方式，如在接收信号(SPS和APPS)的开发时，以及松散混合方式，如在由所述两种方法得到的位置时。在混合定位方法被选择的情况下，SIG数据库中的地形信息被用于调整加权系数，加权系数应用于在松散混合的情况下由SPS和APPS方法得到的位置上，或在紧密混合情况下使用SPS和APPS方法做的测量上。可根据考虑的不同的标准单独或结合进行选择。第一个标准就是该区域是否畅通无阻。例如，如果这一区域对应林荫道，广场，公园，卫星定位系统较适合。相反地，如果该区域对应街道，再加上如果临近的建筑物高大， APPS定位系统将是优选。选择将根据例如之前提到的属性数据进行。街道的方向也可以是第一标准的组成部分，根据所述的方向，SPS系统的性能或多或少地提高。如果在给定街道的方向和卫星配置的情况下预测到较差的定位性能，将优选APPS定位系统。第二个标准是在估计时，在直线或终端的视线(Line of Sight)内，看到的卫星的数量。为了确定一个卫星是否隐藏，使用初步估计位置周围的建筑物的几何数据，卫星系统的轨道(星历，历书)的描述参数表和数据信息。如果视线内的卫星的数量低于给定的数值，将选择APPS定位。如果必要的话，可采用混合定位方法，在视线内的卫星数量低于给定数值时，将给APPS定位分配较高的权重。第三个标准是在终端的直接视线内的卫星相关的几何衰减或几何精度衰减 (Geometric Dilution Of Precision) 0人们将记起当彼此远离的卫星有角度位置时几何衰减低，相反地，当卫星有闭合角位置时几何衰减高。为了计算几何精度衰减值，使用卫星系统的轨道(星历，历书)描述参数表和数据信息。不计算已经断定在视线内不可见的卫星是可能的。如果几何衰减在预定的阈值之上，将优选使用APPS定位。第四个标准接入点和终端之间的传输信道的概况。给定各自的位置和终端的估计位置，使用该区域的地形模型预测不同信道的传输参数。例如，有可能预测信道是多路还是单路，或路径/信道的衰减系数的值，或至少一个检测到的点的功率空间分布的差值。如果这些信道具有不利的特征(多路径，高衰减，高差值)，卫星或混合定位系统将是优选。第五个标准是在终端视线内的接入点的角度分布。事实上，可以理解，由于具有远离彼此的角度位置，使用接入点定位的准确度将更高。如果准确度足够的话，APPS定位系统将被选择。第六个不使用SIG数据库的地形信息的标准，可以和前面的相结合，如所指区域中接入点的密度。该密度可由接入点的坐标和区域的范围简单计算得到，例如对于BDP数据库的每个点确定是否其纬度和经度分别被包含在定义了范围的区间中。如果接入点的密度大于第一阈值，APPS定位方法被采用；如果低于第二阈值，SPS定位方法被采用。如果处于第一阈值和第二阈值之间，混合定位方法被采用。需要注意的是，这些计算可以只进行一次或者对数据库BDP的每次更新都进行。在这种情况下，计算结果可被以定位区域(分类) 的形式存储在SIG数据库，属于三个分类卫星定位区域，接入点定位区域，混合定位区域。 在混合定位区域中，指定紧密混合或松散混合。最后，选择的定位方法因沿着不同的方向而不同。更具体地，如果终端处于两条街道的交叉点，其中一条街道密度大，另外一条街道密度小，但是另一方面，在低的海拔高度上提供了多数卫星的好的能见度，计算位置的算法可以被分为两个独立的子算法，分别对应于沿着第一条街道方向的位置计算和沿着第二条街道方向的位置计算，第一个使用接入点传送的信号，第二个使用卫星信号。这样分解成两个不同类型的定位算法也适用于例如大的街道的区域，沿着街道纵向的位置通过第一种类型的算法来确定，沿着其横向的位置通过第二类型的算法来确定。根据第一实施例的替换实施例，定位方法的选择用于减少终端用电。更具体地，如果选择接入点定位方法，专用于卫星定位的软件和硬件装置(如GPS接收器)被备用，如果需要，只有快速重启必须的信息方便地置于存储器中；相反地，如果选择卫星定位方法，专用于接入点定位的软件和硬件资源被备用。一旦选择标准不再满足，这些装置被重启。如果必要的话，备用的装置可被周期性的重启，以检验选择的标准是否满足。有利地，启动周期是终端移动速度的递减函数。根据本发明的第二实施例，存储在SIG数据库的地形信息被用于确定每个检测到的接入点和终端之间的信道参数，尤其是传输系数和不同信道的迟延时间。这些参数使得计算终端在估计的位置周围区域的不同点上接收的理论功率成为可能。有利地，这些区域呈网状，对于终端检测到的不同接入点，取决于接收功率和计算功率之间偏差的代价函数在网的节点处被最小化。例如，代价函数被定义为所述偏差的平方和。终端位置的第二估计最终由所述成本函数最小化的节点的位置给定。根据第三实施例，由终端确定的不同接入点的地理位置被分配在不确定区域，确定方法在后面详细描述。对于每个接入点，BDP数据库的地理信息包括地理位置和定义该位置的不确定区域的数据。当终端的位置由重心计算确定(接收到的功率，传送和接收功率比)，加权系数可能因为不确定区域的大小而被修正因子修改。特别地，有明显不确定区域的接入点相关的加权系数将增大，相反地，有低不确定性区域的接入点相关的加权系数将减小。作为一般规则，加权系数由点的传输功率的递增函数和对应的不确定区域的表面的递减函数确定。同样地，当位置的计算是通过使用代价函数进行时，接收功率和计算功率之间的平方差的加权系数将根据接入点的不确定区域表面是低还是高，而进行上调或下调。根据本发明的第四实施例，SIG数据库中的地形数据使得确定一个区域对于终端的用户是可进入的或不可进入的成为可能。可进入的(或授权的)区域指用户可以物理地存在的区域。除此之外，就是不可进入的(或禁止的)的区域。如果步骤130中估计的位置落在授权的区域内，这个位置保持不变。但是，如果落入未授权区域，对应于这个位置的点被置于授权位置空间。换句话讲，第二位置估计由最靠近未授权点的授权点的坐标给出。根据替代实施例，用户可方便地选择其移动方式汽车，步行，自行车，火车等等。 对于每一种移动模式，SIG数据库将提供用户可进入或不可进入的区域。例如，在汽车的移动模式中，建筑物的二维信号覆盖区将被认为是禁止的，在火车的移动模式中，只有铁轨路线是授权的。下面我们将描述BDP数据库如何形成和/或更新。根据第一变量，BDP数据库根据来自于提供每个接入点的邮寄地址的操作者的文件事先形成。通常，每一个操作者有一个文件，其中包含名称和也称为邮寄地址的邮件地址的列表，还包括安装在每个地址的设备的参数，特别地，还包括代表接入点的标识符(例如 MAC 地址或 BSSID)。如果SIG数据库包含建筑物的地址(附加的数据)，如后面将看到的，将地理位置和每个邮寄地址关联起来是可能的。对于每个网络，得到一个带有各自地理位置的接入点的标识符列表，也就是构成BDP数据库的信息。根据数据库中邮件地址的表示类型，接入点的地理位置的计算可能不同。如图2A所示，如果沿着道路以简单的点来表示地址，点的地理位置就是那个点。 如果地址被遗漏，可方便地通过在路的同一边连续的地址(如单数或双数)间插入而确定， 但是条件是这些地址属于同一路段。如果建筑物是沿着路面一维表示的，点的地理位置被定义为代表建筑物的部分的中间。有利地，每一个接入点的不确定区域的位置被确定。在上述第一类型的描述中，不确定区域被确定为路段，其终点由前面的地址和路的同一面的紧跟着那个点的邮寄地址的地址确定的，在上述第二类型的描述中，不确定区域简单地由显示建筑物的路段确定。如果在SIG数据库中建筑物显示为二维的，如图2B所示，接入点的位置可当作在邮寄地址的建筑物的二维信号范围的重心来计算。不确定区域再相关地由定义建筑物(图 2B中的灰色部分显示)的二维信号覆盖范围A的多边形确定。有利地，当建筑物有各自的地理位置P1, P2，. . .，相关的多个地址A1, A2,...，Ak时，不确定区域可被小。在这种情况下，地址为Ak的点相关的不确定区域被定义为二维信号覆盖范围A和点Pk的Voronoi区域 Vk的交集。减小的不确定区域在图2B中显示为交叉阴影线。接入点的位置P再被当作区域A Π Vk的重心来计算。如果在SIG数据库中建筑物显示为三维的，不确定区域由多面体确定，多面体底面为A和高度等于建筑物的最大高度或者平均高度，如果高度信息显示在SIG中。另外，不确定区域可由底面为A η Vk和高度等于建筑物最大或平均高度的多面体确定。最后，如果层数显示在SIG数据库，当只考虑相应层的多面体水平部分，减小不确定区域的大小是可能的。然而，这是假定层高或层数以及建筑物的高度也都在SIG数据库中标明。对每个接入点，记录因此被建立，记录包括它的标识符，它的地理位置，如果可能， 还包括相关的不确定区域。这个记录还可以包括从通信操作者的文件中取回的接入点的其他参数，特别是它的传输功率，辐射图，使用的频带等等。BDP数据库形成后，当操作者的文件改变时，BDP数据库可被更新。根据第二实施例，替换或补充第一实施例，使用声明过程，BDP数据库可被形成，丰富，或更新。更具体地，这个过程允许任何持有接入点的人自发地在网络门户(如被APPS 服务器管理的)上声明其邮件地址和其持有的点的参数。地理位置和不确定区域然后如上述方式被确定。替代地，或累积地，用户可在所指的门户上详细说明他的接入点的地理位置。为了这个目的，从SIG数据库得到的摘录以地理地图的形式显示在他的屏幕上，如果用户事先提供自己的地址的话，如果可能，以他的地址为中心。用户然后只需点击与其标识符相关的终端的特定地理位置。另外，点的地理位置可通过扫描周围的点来确定。如果其中至少三个点被声明，点的位置可以他们各自位置的重心来得到，象前面对于终端的解释一样。终端的参数可以被客户手动写入，或者可以通过计算机的调制解调器进行的扫描中自动录入。在后一种情况下，客户只需要在检测到的点的列表中选择位与自身附近的点。 标识符，如果可能，所选择点的其它参数再直接被调制解调器检测。在每个选择的点，门户网站允许客户在地图中详细说明他的地理位置。BDP数据库可从接入点的初始列表逐渐地被丰富。事实上，这些点可识别和定位属于或者不属于同一网络的周围的点。为了这个目的，初始的或被丰富的列表中的三个点足够识别和测量那个点接收到的信号(RSQ的功率。然后新识别和定位的点再被添加到数据库。在任何情况下，所形成的BDP数据库的准确度如下所述可以被提高。在这个实施例中，假设BDP数据库寄存在服务器上，服务器再以集中的方式存储定位系统的用户的轨迹。用户(或者终端)的轨迹此处指所有检测到的点的标识符，有利地包括它们的RSS，以及与每次检测/测量相关的时间信息。当被定位系统估计的时候，在给定的时期内，这些数据与所述用户采集的地理位置是伴随在一起的。此外，这些位置可被服务器重新计算。还可以假定，如果可能，根据使用的移动模式，在SIG数据库中的授权/禁止区域中隐式地或显式地提供信息。最后，假定估计的地理位置不取决于授权区域空间的一个映射。此外，只考虑没有经过这样处理的轨迹或轨迹的部分。通过在不确定区域中搜索所有可用的轨迹的代价函数的平均值最小的点的位置来得到精确度的提高。优选地，对于每个轨迹，代价函数计算授权点的区域的偏差，如果可能，结合所选择的移动模式。换句话讲，测试在它们各自的不确定区域中的接入点的位置的改变是否会导致包含的轨迹更接近授权点的区域。例如，测试这样一个修改是否使得他们在涉及汽车移动时得到包含在道路区域中的轨迹成为可能。精确度的提高还包括从BDP数据库中除去一个或多个点，如果除去这些点在一定数量的轨迹上都导致代价函数明显地减小。特别地，由于最新的更新位置被改变的点从BDP数据库中被消除成为可能。通过设法调整接入点的个别的传输参数或BDP数据库中的空间网点的预测功率值来最小化代价函数，可选择地或结合前面的方法来提高精确度。为了简化优化过程，局部优化可能令人感到满意，并逐渐地被使用。局部优化包括只考虑在有限的区域内的轨迹和只为参与所考虑的轨迹的计算的点寻找最佳位置。例如， 只考虑一个环形路径内部或靠近它的轨迹，相应地，只考虑与所述路经临近的接入点。还值得注意的是，如果轨迹部分仅仅通过使用卫星位置(没有混合)来确定，该位置将被认为是不变的，因此可由代价函数计算而来。优化本身可以根据完全已知的算法来进行，比如使用模拟退火算法，梯度下降算法，随机梯度下降算法等等。接入点的位置优化可分几个连续的步骤进行，如果可能，可从本地优化阶段开始， 全局优化阶段结束。当得到足够的轨迹密度时，优化可以一次性地进行。优选地，以固定的时间间隔进行，以便考虑到点的位置的可能的变化。在这种情况下，优化只针对于最近的轨迹或者考虑由遗忘因子加权的有不同数据的轨迹。上述的代价函数测量轨迹和授权点区域之间的偏差。也可以考虑其他几何，运动等约束条件。图3用图表阐述了本发明的一个实施例的定位方法，其中，BDP数据库的精确度被提尚。步骤310到350与图1的步骤110到150 —致，因而在此不再赘述。在步骤360， 根据终端位置的计算是一个或其他来进行，估计的位置被存储在终端的缓冲存储器361或服务器上。缓冲存储器的内容以一定的间隔传送到轨迹存储器。需要注意的是，缓冲存储器之所以可选择，是因为终端的连续的位置能够被传送到服务器，并根据每次估计存储到备用存储器上。进一步地，对于每个轨迹，记录以下的信息-所选择的移动的类型(可选的)-轨迹的数据(可选的)-用于定位和每个终端的接入点的标识符-在不同的检测到的点上进行的RSS测量(可选的)-检测到接入点和进行RSS测量的时刻(可选的)-估计的地理位置(步骤350)(可选的)-定位类型(APPS，SPS，混合，如果可以的话，混合的类型)(可选的)当一定数量的轨迹或新的轨迹(从最后一次操作算起)被存储在存储器362中， 接入终端的位置在步骤370中如上述方式被优化。这一步骤要求访问BDP数据库(点的初始位置，点的不确定区域)，SIG数据库(授权点区域)，以及轨迹存储器362。BDP数据库再在步骤380中更新。
权利要求
1.一种利用从至少一个无线通信网络的多个接入点接收的信号来定位终端的方法，包括从所接收的信号中取回所述接入点的标示符的步骤(110)；在第一数据库(BDP)中根据它们各自的标识符检索所述接入点的地理位置信息的步骤(120)；至少根据所述接入点的地理位置信息估计终端的位置信息的第一步骤(130)，所述位置信息为所述终端的位置，或所述终端所处的被称为定位区域的区域；其特征在于，还包括从第二数据库(SIG)中取回地形信息的步骤(140)，所述地形信息与围绕所估计的位置或所估计的定位区域的区域相关；利用所取回的地形信息来估计终端的位置的第二步骤(150)。
2.根据权利要求1的定位方法，其特征在于，第二估计步骤包括利用从所取回的地形信息中得到的系数，或者对所述终端的位置和利用卫星定位方法得到的第二位置加权，或者对一方面从接入点接收的信号的测量和另一方面卫星定位系统的信号测量加权。
3.根据权利要求1的定位方法，其特征在于，第二估计步骤包括根据所取回的地形信息，在利用从所述接入点接收到的信号的第一定位方法，利用从卫星定位系统接收到的信号的第二定位方法，或者利用第一和第二定位方法的第三混合定位方法中选择的步骤；利用所选择的方法来确定终端的位置的步骤。
4.根据权利要求3的定位方法，其特征在于，选择定位方法的步骤也可以使用用于终端的时间信息和所述定位系统的卫星轨道的描述参数。
5.根据权利要求3的定位方法，其特征在于，第二数据库包括用于为地理区域的多个点选择定位方法的信息。
6.根据权利要求4的定位方法，其特征在于，对于所述多个点中的每一个，第二数据库包括与时间信息相关的所述选择信息。
7.根据权利要求3-6中任一项的定位方法，其特征在于，如果选择第一定位方法，特定于实施第二定位方法的物质和/或软件装置被置于备用状态，如果选择第二定位方法，特定于实施第一定位方法的物质和/或软件装置被置于备用状态。
8.根据权利要求3的定位方法，其特征在于，选择第一定位方法来确定沿着第一轴线的终端的位置，选择第二定位方法来确定沿着与第一轴线分开的第二轴线的终端的位置。
9.根据权利要求1的定位方法，其特征在于，终端根据第二数据库的地形数据，来确定检测到的接入点和所述区域的多个点之间的传播信道的特征，并由此对所述点中的每一个，推断出在那些点中每一个处的理论功率。
10.根据权利要求9的定位方法，其特征在于，第二估计步骤通过在所述点中搜索使代价函数最小的点来确定终端的位置，所述代价函数取决于在一个点处的理论功率和从接入点接收到的信号的功率之间的差。
11.根据权利要求1的定位方法，其特征在于，对于每个接入点，第一数据库(BDP)包括地理位置信息，所述地理位置信息包括接入点的地理位置和描述所述位置周围的不确定区域的数据。
12.根据权利要求1的定位方法，其特征在于，终端的位置由对所述终端检测到的接入点各自的地理位置使用加权系数加权来确定，所述系数由所检测到的点的传输功率的递增函数和它们各自的不确定区域的表面的递减函数得到。
13.根据权利要求1的定位方法，其特征在于，第一数据库是根据为每个接入点提供其邮寄地址部署的文件事先形成的，并且根据与存储在第二数据库中的所述地址相关的地形信息，每个接入点被分配一个地理位置。
14.根据权利要求13的定位方法，其特征在于，与所述地址相关的地形信息提供位于那个地址的建筑物的二维覆盖范围，然后所述接入点的位置以所述覆盖范围的重心来计笪弁。
15.根据权利要求13的定位方法，其特征在于，与所述地址相关的地形信息提供位于所述地址的建筑物的二维覆盖范围，如果所述建筑物有各个地理位置P1, P2, . . . , Pk的多个地址A1;A2，...，AK，确定位于这些位置的点的Voronoi图，接入点的地理位置以所述二维覆盖范围和与所述地址相关联的点的Voronoi单元的交集的重心来计算。
16.根据权利要求1的定位方法，其特征在于，第一数据库根据接入点的初始集合来形成，一个不属于所述集合的接入点可以利用由至少三个属于所述集合的接入点接收的信号来标识和定域，然后标识符和所述接入点的位置被存储在第一数据库中。
17.根据权利要求1的定位方法，其特征在于，当第一估计提供了不相连的或者具有大于一定阈值的表面的终端的定位区域时，则诊断出估计错误。
18.根据权利要求17的定位方法，其特征在于，当诊断出估计错误时，在第一估计步骤使用的接入点中检索导致所述错误的那个接入点，并将那个点从第一数据库中去除。
19.根据权利要求1的定位方法，其特征在于，以集中方式(360-362)，存储多个终端的轨迹，终端的轨迹被定义为在一定时间段期间内第一步中检测到的点的标识符集合。
20.根据权利要求11和18的定位方法，其特征在于，第二数据库有利地定义了所述多个终端的授权位置空间和禁止位置空间，接入点的地理位置在它们各自的不确定区域内被优化，优化是通过最小化所有轨迹的平均代价函数来进行的，所述代价函数取决于在授权位置空间处的轨迹的偏差。
全文摘要
本发明涉及利用从至少一个无线通信网络的多个接入点接收的信号定位终端的方法。终端首先从接收到的信号中取回(110)所述接入点的标识符，然后在第一数据库(BDP)中检索(120)所述接入点的各自的地理位置信息。根据所述点的地理位置信息初步估计终端位置或终端的定位区域，然后，在第二数据库中取回所述位置或所述定位区域相关的地形信息。最后，利用得到的地形信息进行终端位置的第二估计。
文档编号G01S5/02GK102428384SQ201080019459
公开日2012年4月25日 申请日期2010年4月28日 优先权日2009年4月30日
发明者史蒂芬·泰勒努瓦尔, 巴普蒂斯特·戈德弗罗伊, 杰-巴普蒂斯特·普罗斯特 申请人:极星公司