专利名称：一种基于测量网络的无线定位系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种无线定位系统与方法，尤其涉及一种利用不同测量单元信号 到达时间进行定位的方法与装置。
背景技术：
随着无线通讯技术的发展，特别是美国提出应急位置服务要求之后，无线定 位服务越来越受到业界关注。
按照是否需要手机的参与分类，对于收集的定位技术主要分为两种类型需 要手机上报信息的手机定位技术以及不需要手机上报信息的手机定位技术。前者， 网络系统需要通过信令通知手机，而且需要手机主动上报有关测量信息才可以确定 手机的具体位置。如此，手机有办法了解其处于被定位状态，并且，手机也可以在
用户需要阻止被定位的前提下，通过不上报有关测量信息和上报虚假测量信息的方 法，使得自己的位置信息的隐私得到保护。对于后者，由于不需要手机的主动参与， 手机无法确定其是否处于被定位的状态，这对于手机位置的保护造成了一定的困 难。这类方法的一个典型就是基于小区号的定位方法。
按照定位参考信号分类，对于手机的定位技术主要分为三种类型基于手机 小区号的定位、基于测量点信号/手机信号的定位以及基于卫星导航系统的定位。 其中，基于手机小区号的定位方法精度较差，基于卫星导航系统的定位方法需要额 外的设备以及成本，基于测量点信号/手机信号的定位方法基本不需要添加额外设 备而且具有中等的定位精度。
传统的基于测量点信号/手机信号的定位方法如图1所示，系统至少具有三个 测量点111 113和一部具有测量能力的手机12，测量点111 113与手机12之间
存在无线传播的信号131 133，对应测量到的信号传播时间为tl t3。由于无线 电波的传播速度为恒定的光速c，所以手机与对应测量点的距离为di二tiXc (i =1， 2，……)。以对应测量点为圆心、di为半径画圆141 143，则所有得到的圆的交点位置即为手机对应位置。手机上报其测量的测量点信号的发射一接收时延 给网络系统，则网络就可以根据这些值计算得到手机的所在位置。
在实际系统中，由于手机与测量点之间存在建筑物等的阻挡，实际存在直达 路径的可能性很小。图2示出了这一典型的情况，测量点21与手机22之间由于建
筑物23的阻挡，所以不存在理想的直达路径24。同时，由于另一个建筑物25对 于测量点信号的反射，测量点与手机之间存在信号传输的路径26。由于几何中的 "三角形两边之和大于第三边"的原理，所以按照此时的测量值得到的对应圆的半 径会大于实际值，造成位置估计的不准确。
空口监听、测量的定位方法对于定位设备而言是一种比较安全的方式，因为 这种方式是不容易被察觉的。同时，空口监听、测量的定位方法必须了解用户的大 概位置，其范围至少应该可以使定位设备可以有效解调/测量手机及其对应服务测 量点所发射的信号。假设该设备了解手机的服务小区是合理的，考虑到设备成本、 移动性和隐蔽性，基于信号到达方向角以及测量网络的方法不大可能被非法的空口 监听、测量型定位设备采用。所以， 一般该类设备会采用基于信号到达时间的定位 方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于测量网络的无线定位方法和系统，利用定位 测量网络准确进行用户位置的测量，利用测量单元的位置特点可以避免非直达路径 对于位置测量的影像，利用虚拟基站技术可以获得测量单元之间的时间以及频率的 同步，进一步减少定位估计的误差。
本发明的技术方案为本发明提出了一种基于测量网络的无线定位方法，对 待定位手机进行位置估计，该方法包括
主测量及控制单元以及多个辅助测量单元开机并且建立该主测量及控制单元 与该辅助测量单元之间的通讯链路连接；
该主测量及控制单元按照手机接入过程接入无线通讯系统的一个小区，该主
测量及控制单元获得该无线通讯系统的时间和频率同步；
该主测量及控制单元控制该些辅助测量单元接入该无线通讯系统小区，获得 该无线通讯系统的时间和频率同步；
该主测量及控制单元与该些辅助测量单元进行GPS接收以获得单元位置； 该些辅助测量单元将自身的单元位置上报给该主测量及控制单元； 该主测量及控制单元监听该无线通讯系统小区，获得该待定位手机的空口信 令，获得该待定位手机的无线资源分配信息；
该主测量及控制单元下发该待定位手机的无线资源分配信息给该些辅助测量
单元；
该主测量及控制单元与该些辅助测量单元根据分配的该待定位手机的无线资 源分配信息，测量该待定位手机上行信号相对该无线通讯系统小区下行信号的时间 差，其中该主测量及控制单元的测量值为t0，该些辅助测量单元的测量值为ti， i 为自然数；
该主测量及控制单元计算该些辅助测量单元的待定位手机上行信号到达时间
与该主测量及控制单元的待定位手机上行信号到达时间的时间差dti二ti一tO;
该主测量及控制单元根据自身的单元位置、该些辅助测量单元上报的单元位 置以及该手机上行信号的到达时间差dti，估计该待定位手机的位置；
该主测量及控制单元上报该待定位手机的位置给用户。
上述的基于测量网络的无线定位方法，其中，在该主测量及控制单元下发该 待定位手机的无线资源分配信息给该些辅助测量单元的步骤之后还包括
该主测量及控制单元将起始测量时间以及测量间隔周期下发给该些辅助测量单元。
上述的基于测量网络的无线定位方法，其中，该起始测量时间为一设定的无 线系统帧号。
上述的基于测量网络的无线定位方法，其中，该无线系统帧号为当前的无线
系统帧号加上1 2秒的延时量所对应的无线系统帧号。
上述的基于测量网络的无线定位方法，其中，该测量间隔周期为无线系统帧 的整数倍。
上述的基于测量网络的无线定位方法，其中，该起始测量时间为一设定的GPS 标准时间。
上述的基于测量网络的无线定位方法，其中，当该些辅助测量单元的位置发 生变化时，该方法还包括，将测量到的辅助测量单元的位置更新值上报给该主测量
及控制单元。
上述的基于测量网络的无线定位方法，其中，在该些辅助测量单元将自身的 单元位置上报给该主测量及控制单元的步骤之后还包括
该主测量及控制单元在进行GPS接收的同时获得该测量及控制单元的GPS当 地时间；
该些辅助测量单元在进行GPS接收的同时获得自身的GPS当地时间； 该主测量及控制单元控制选择该无线通讯系统小区的一个无线系统帧号通知 该些辅助测量单元；
该些辅助测量单元在上报单元位置的同时将该无线通讯系统小区相对自身的 GPS当地时间的时间差Ti上报给该主测量及控制单元，i为自然数；
该主测量及控制单元测量该无线通讯系统小区相对自身的GPS当地时间的时 间差为T0;
该主测量及控制单元计算该无线通讯系统小区相对各辅助测量单元的GPS当 地时间的时间差与该无线通讯系统小区相对该主测量及控制单元的GPS当地时间 的时间差的差值dTi=Ti—T0;
在该主测量及控制单元计算该些辅助测量单元的待定位手机上行信号到达时 间与该主测量及控制单元的待定位手机上行信号到达时间的时间差dti=ti—t0的 步骤后还包括对该时间差dti减去该差值dTi。
上述的基于测量网络的无线定位方法，其中，该无线系统帧号为当前的无线 系统帧号加上1 2秒的延时量所对应的无线系统帧号。
上述的基于测量网络的无线定位方法，其中，当该些辅助测量单元的位置发 生变化时，该方法还包括，将测量到的辅助测量单元的位置更新值上报给该主测量 及控制单元，同时重新测量该无线通讯系统小区相对自身的GPS当地时间的时间差 Ti并上报给该主测量及控制单元。
基于上述的方法，本发明还提出了一种基于测量网络的无线定位系统，对待 定位手机进行位置估计，该系统包括主测量及控制单元以及多个辅助测量单元，
其中该主测量及控制单元包括
第一 GPS接收机，接收GPS卫星信号，完成对自身的位置测量； 无线通讯系统信令解析模块，解析该待定位手机的无线资源分配信令，
获得该待定位手机的无线资源分配信息；
第一无线通讯系统接收机，接入无线通讯系统的一个小区，接收该无线 通讯系统的基站信号以完成自身对于基站在时间和频率上的同步，同时监听该无线 通讯系统的空口信令并将监听到的该待定位手机的无线资源分配信令输出至该无 线通讯系统信令解析模块，同时根据该无线通讯系统信令解析模块输出的该待定位 手机的无线资源分配信息测量该待定位手机上行信号相对该无线通讯系统小区下 行信号的时间差t0;
第一通讯模块，将该无线通讯系统信令解析模块输出的该待定位手机的 无线资源分配信息发送出去；
时间差计算模块，根据该无线通讯系统接收机输出的该待定位手机上行 信号相对该无线通讯系统小区下行信号的时间差to以及该第一通讯模块输出的该 些辅助测量单元所测得的该待定位手机的上行信号相对该无线通讯系统小区下行 信号的时间差ti，计算两者的时间差dti二ti一tO，其中i为自然数；
手机位置估计模块，根据该第一 GPS接收机输出的该主测量及控制单元 的位置、该第一通讯模块输出的该些辅助测量单元的单元位置以及该时间差计算模 块输出的时间差dti，进行该待定位手机的位置估计并将位置估计的结果上报给用 户；
该些辅助测量单元包括
第二通讯模块，接收该第一通讯模块发送的该待定位手机的无线资源分
配信息；
第二GPS接收机，接收GPS卫星信号，完成对自身的位置测量，并通过 该第二通讯模块将位置测量值返回至该主测量及控制单元；
第二无线通讯系统接收机，接入该无线通讯系统小区，接收该无线通讯 系统的基站信号以完成自身对于基站在时间和频率上的同步，同时接收到该第二通 讯模块的输出的该待定位手机的无线资源分配信息，并据此测量该待定位手机的上 行信号相对该无线通讯系统小区下行信号的时间差ti， i为自然数，该些时间差 ti通过该第二通讯模块发送回该主测量及控制单元。
上述的基于测量网络的无线定位系统，其中，该主测量及控制单元还包括 控制模块，将起始测量时间以及测量间隔周期通过该第一通讯模块下发给该些
辅助测量单元。
上述的基于测量网络的无线定位系统，其中，该起始测量时间为一设定的无线 系统帧号。
上述的基于测量网络的无线定位系统，其中，该无线系统帧号为当前的无线系 统帧号加上1 2秒的延时量所对应的无线系统帧号。
上述的基于测量网络的无线定位系统，其中，该测量间隔周期为无线系统帧的 整数倍。
上述的基于测量网络的无线定位系统，其中，该起始测量时间为一设定的GPS
标准时间。
上述的基于测量网络的无线定位系统，其中，该第二GPS接收机在自身位置发 生变化时重新测量位置值并通过该第二通讯模块上报给该主测量及控制单元。 上述的基于测量网络的无线定位系统，其中，
在该些辅助测量单元中，该第二GPS接收机在完成位置测量的同时完成对自身 的GPS当地时间的测量；该第二无线通讯系统接收机还选取该无线通讯系统小区的 定时；该些辅助测量单元还包括第二参考小区时间差计算单元，该单元接收GPS
当地时间的测量值和该无线通讯系统小区的定时，计算出该无线通讯系统小区相对 自身的GPS当地时间的时间差Ti，并通过该第二通讯单元上报给该主测量及控制 单元；
在该主测量及控制单元中，该第一GPS接收机在在完成位置测量的同时完成对 自身的GPS当地时间的测量，该第一无线通讯系统接收机还选取该无线通讯系统小 区的定时；该时间差计算模块还包括第一参考小区时间差计算单元，该单元接收 GPS当地时间的测量值和该无线通讯系统小区的定时，计算出该无线通讯系统小区 相对自身的GPS当地时间的时间差T0;该时间差计算模块再根据该第一通讯模块 输出的Ti和该第一参考小区时间差计算单元TO，更新该时间差dti。
上述的基于测量网络的无线定位系统，其中，该第一无线通讯系统接收机和该 第二无线通讯系统接收机所选取的该无线通讯系统小区的定时是该无线通讯系统 小区的一个无线系统帧号。
上述的基于测量网络的无线定位系统，其中，该无线系统帧号为当前的无线系 统帧号加上1 2秒的延时量所对应的无线系统帧号。
上述的基于测量网络的无线定位系统，其中，在辅助测量单元的位置发生变 化时，辅助测量单元中的第二GPS接收机重新对自身位置和GPS当地时间进行测量。
本发明对比现有技术有如下的有益效果本发明利用定位测量网络，准确进 行用户位置的估计。本发明利用测量单元的位置特点避免非直达路径对位置测量的 影像，还利用虚拟基站技术获得测量单元之间的时间以及频率上的同步，进一步减 少定位估计的误差。
图1是传统的基于测量点信号/手机信号的定位方法的原理图。 图2是手机与测量点之间存在非直达路径的示意图。
图3是本发明的基于测量网络的无线定位方法的第一实施例的流程图。 图4是本发明的基于测量网络的无线定位系统的第二实施例的原理图。
图5是本发明的基于测量网络的无线定位方法的第三实施例的流程图。 图6是本发明的基于测量网络的无线定位系统的第四实施例的原理图。 图7是本发明的基于测量网络的无线定位方法的第五实施例的流程图。 图8是本发明的基于测量网络的无线定位方法的第五实施例的信令流程图。 图9是本发明的基于测量网络的无线定位系统的第六实施例的原理图。 图IO是本发明的基于测量网络的无线定位原理图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。 〔第一实施例〕
图3示出了本发明的基于测量网络的无线定位方法的第一实施例的流程， 请参见图3，下面是对该方法流程中各步骤的详细描述。
步骤S101:各单元开机，建立通讯链路连接。这里的各单元包括一个主测 量及控制单元和多个辅助测量单元，在主测量及控制单元和全部辅助测量单元 之间建立通讯链路的连接。
步骤S102:主测量及控制单元按照手机接入过程接入无线通讯系统的一个 小区，获得该无线通讯系统的时间和频率的同步。
步骤S103:主测量及控制单元控制全部辅助测量单元接入该无线通讯系统 小区，获得该无线通讯系统的时间和频率的同步。
步骤S104:主测量及控制单元与该些辅助测量单元进行GPS接收以获得单 元自身的位置信息。
步骤S105:该些辅助测量单元将自身的单元位置上报给主测量及控制单元。
步骤S106:主测量及控制单元监听该无线通讯系统小区，获得待定位手机 的空口信令，获得该待定位手机的无线资源分配信息。
步骤S107:主测量及控制单元下发该待定位手机的无线资源分配信息给该 些辅助测量单元。
步骤S108:主测量及控制单元与该些辅助测量单元根据分配的该待定位手 机的无线资源分配信息，测量该待定位手机上行信号相对该无线通讯系统小区 下行信号的时间差，其中该主测量及控制单元测量到的该待定位手机上行信号
相对该无线通讯系统小区下行信号的时间差为to，该些辅助测量单元测量到的
该待定位手机上行信号相对该无线通讯系统小区下行信号的时间差为ti (i为 自然数)。
步骤S109:主测量及控制单元计算该些辅助测量单元的待定位手机上行信
号到达时间与该主测量及控制单元的待定位手机上行信号到达时间的时间差
dti二ti一tO。其中，待定位手机上行信号到达时间就是上一步中的待定位手
机上行信号相对无线通讯系统小区下行信号的时间差。
步骤S110:主测量及控制单元根据自身的单元位置、该些辅助测量单元上 报的单元位置以及这些待定位手机上行信号到达时间的时间差dti，按照一般
的信号达到时间差方法，估计该待定位手机的位置。其原理请参见图10，举例
来说，主测量及控制单元和辅助测量单元1之间形成的双曲线与主测量及控制
单元和辅助测量单元2之间形成的双曲线所形成的交点，即为待定位手机所处
的位置。
步骤Slll:主测量及控制单元将该待定位手机的位置上报给用户。 另外，当某个/些辅助测量单元的位置发生变化时，则发生变化的辅助测 量单元重新接收自己的单元位置，将单元位置上报给主测量及控制单元以更新
原有的值。
(第二实施例)
基于第一实施例的方法，本发明还提出了一种基于测量网络的无线定位系
统。请参见图4，无线定位系统包括一个主测量及控制单元40和多个辅助测量 单元41 (图示以一个为例)。其中，主测量及控制单元40包括第一GPS接收 机400、第一无线通讯系统接收机401、无线通讯系统信令解析模块402、时间 差计算模块403、手机位置估计模块404和第一通讯模块405。辅助测量单元 41包括第二GPS接收机410、第二通讯模块411和第二无线通讯系统接收机412。
该无线定位系统的工作原理如下主测量及控制单元40和辅助测量单元 41开机，通过第一通讯模块405和第二通讯模块411建立主测量及控制单元 40和辅助测量单元41之间的通讯链路连接。然后，主测量及控制单元40通过 第一无线通讯系统接收机按照手机接入过程接入无线通讯系统的一个小区，接 收该无线通讯系统的基站信号以完成自身对于基站在时间和频率上的同步。同 时，主测量及控制单元40控制辅助测量单元41的第二无线通讯系统接收机412 接入该无线通讯系统小区，接收该无线通讯系统的基站信号以完成自身对于基 站在时间和频率上的同步。
主测量及控制单元40中的第一 GPS接收机400接收GPS卫星信号，完成 对自身的位置测量，将单元位置输出给手机位置估计模块404。辅助测量单元 41中的第二GPS接收机410也接收GPS卫星信号，完成对自身的位置测量，将 单元位置输出给第二通讯模块411，传输给第一通讯模块405，第一通讯模块 405再将辅助测量单元的单元位置输出给手机位置估计模块404。
主测量及控制单元40中的第一无线通讯系统接收机401监听无线通讯系 统的空口信令并将监听到的待定位手机的无线资源分配信令输出给无线通讯 系统信令解析模块402。无线通讯系统信令解析模块402解析待定位手机的无 线资源分配信令，获得待定位手机的无线资源分配信息，该信息一方面输出给 第一无线通讯系统接收机401，另一方面同时输出给第一通讯模块405。第一 通讯模块405将待定位手机的无线资源分配信息传输给第二通讯模块411，辅 助测量单元41中的第二无线通讯系统接收机412依据第二通讯模块411传来
的待定位手机的无线资源分配信息测量待定位手机的上行信号相对无线通讯 系统小区下行信号的时间差ti (i为自然数)。时间差ti通过第二通讯模块
411发送回主测量及控制单元40。第一通讯模块405将接收到的时间差ti传 送至时间差计算模块403中。同时，主测量及控制单元40中的第一无线通讯 系统接收机401根据待定位手机的无线资源分配信息测量待定位手机上行信号 相对无线通讯系统小区下行信号的时间差t0，并输出至时间差计算模块403。
时间差计算模块403计算两者的时间差dti二ti一tO (i为自然数，是辅 助测量单元的编号)，将计算结果输出至手机位置估计模块404。手机位置估 计模块根据从第-- GPS接收机400接收到的主测量及控制单元的位置、从第一 通讯模块405接收到的辅助测量单元的位置以及从时间差计算模块403接收到 的dti，按照一般的信号达到时间差方法，估计该待定位手机的位置。最后， 手机位置估计模块404将手机位置估计值输出给用户。其原理请参见图10，举 例来说，主测量及控制单元和辅助测量单元1之间形成的双曲线与主测量及控 制单元和辅助测量单元2之间形成的双曲线所形成的交点，即为待定位手机所 处的位置。
另外，当某个/些辅助测量单元的位置发生变化时，则发生变化的辅助测 量单元重新通过第二 GPS接收机接收自己的单元位置，将单元位置上报给主测 量及控制单元40以更新原有的值。主测量及控制单元40也可以将接收到的单 元位置和ti的值存储起来。
(第三实施例)
图5示出了本发明的基于测量网络的无线定位方法的另一实施例的流程， 请参见图5，下面是对该方法流程中各步骤的详细描述。
步骤S200:各单元开机，建立通讯链路连接。这里的各单元包括一个主测 量及控制单元和多个辅助测量单元，在主测量及控制单元和全部辅助测量单元 之间建立通讯链路的连接。
步骤S201:主测量及控制单元按照手机接入过程接入无线通讯系统的一个 小区，获得该无线通讯系统的时间和频率的同步。
步骤S202:主测量及控制单元控制全部辅助测量单元接入该无线通讯系统
小区，获得该无线通讯系统的时间和频率的同步。
步骤S203:主测量及控制单元与该些辅助测量单元进行GPS接收以获得单 元自身的位置信息。
步骤S204:该些辅助测量单元将自身的单元位置上报给主测量及控制单元。
步骤S205:主测量及控制单元监听该无线通讯系统小区，获得待定位手机
的空口信令，获得该待定位手机的无线资源分配信息。
步骤S206:主测量及控制单元下发该待定位手机的无线资源分配信息给该
些辅助测量单元。
步骤S207:主测量及控制单元将起始测量时间以及测量间隔下发给辅助测
量单元。
这里的测量间隔周期一般为无线系统帧的整数倍。这里的起始测量时间为 一预设的无线系统帧号，该预设的无线系统帧号一般是当前的无线系统帧号加
上1 2秒的延时量后所对应的无线系统帧号。另外，起始测量时间也可以为 设定的GPS标准时间。采用GPS标准时间作为手机上行信号到达时间的参考， 相对采用无线系统帧号的方式，相对信息传输量较大，而且各单元的测量也需 要进一步的同步。相对第一实施例的方法步骤来说，本实施例的区别在于本步 骤的增加，在本实施例中使用定位测量的启动时间和周期，对比第一实施例的 各单元处于非同步测量，同步测量的性能更好，更能有效抵抗手机上行信号发 射时间的相对误差。
步骤S208:主测量及控制单元下发该待定位手机的无线资源分配信息给该 些辅助测量单元。
步骤S209:主测量及控制单元与该些辅助测量单元根据分配的该待定位手 机的无线资源分配信息，测量该待定位手机上行信号相对该无线通讯系统小区 下行信号的时间差(亦即待定位手机的上行信号到达时间与基站信号帧头位置 的时间偏移)，其中该主测量及控制单元测量到的该待定位手机上行信号相对 该无线通讯系统小区下行信号的时间差(时间偏移)为t0，该些辅助测量单元 测量到的该待定位手机上行信号相对该无线通讯系统小区下行信号的时间差 (时间偏移)为ti (i为自然数)。
步骤S210:主测量及控制单元计算该些辅助测量单元的待定位手机上行信 号到达时间与该主测量及控制单元的待定位手机上行信号到达时间的时间差 dti = ti — t0。其中，待定位手机上行信号到达时间就是上一步中的待定位手 机上行信号相对无线通讯系统小区下行信号的时间差(亦即时间偏移)。
步骤S211:主测量及控制单元根据自身的单元位置、该些辅助测量单元上 报的单元位置以及这些待定位手机上行信号到达时间的时间差dti，按照一般 的信号达到时间差方法来估计该待定位手机的位置。其原理请参见图10，举例 来说，主测量及控制单元和辅助测量单元1之间形成的双曲线与主测量及控制 单元和辅助测量单元2之间形成的双曲线所形成的交点，即为待定位手机所处 的位置。
步骤S212:主测量及控制单元将该待定位手机的位置上报给用户。
另外，当某个/些辅助测量单元的位置发生变化时，则发生变化的辅助测
量单元重新接收自己的单元位置，将单元位置上报给主测量及控制单元以更新
原有的值。
(第四实施例〕
基于第三实施例的方法，本发明还提出了一种基于测量网络的无线定位系 统。请参见图6，本实施例的无线定位系统包括 一个主测量及控制单元50和
多个辅助测量单元51 (图示以一个为例)。其中，主测量及控制单元50包括 第一 GPS接收机500、第一无线通讯系统接收机501、无线通讯系统信令解析 模块502、时间差计算模块503、手机位置估计模块504、第一通讯模块505和 控制模块506。辅助测量单元51包括第二 GPS接收机510、第二通讯模块511 和第二无线通讯系统接收机512。
该无线定位系统的工作原理如下主测量及控制单元50和辅助测量单元 51开机，通过第一通讯模块505和第二通讯模块511建立主测量及控制单元 50和辅助测量单元51之间的通讯链路连接。然后，主测量及控制单元50通过 第一无线通讯系统接收机按照手机接入过程接入无线通讯系统的一个小区，接 收该无线通讯系统的基站信号以完成自身对于基站在时间和频率上的同步。同 时，主测量及控制单元50控制辅助测量单元51的第二无线通讯系统接收机512
接入该无线通讯系统小区，接收该无线通讯系统的基站信号以完成自身对于基 站在时间和频率上的同步。
主测量及控制单元50中的第一 GPS接收机500接收GPS卫星信号，完成 对自身的位置测量，将单元位置输出给手机位置估计模块504。辅助测量单元 51中的第二GPS接收机510也接收GPS卫星信号，完成对自身的位置测量，将 单元位置输出给第二通讯模块511，传输给第一通讯模块505，第一通讯模块 505再将辅助测量单元的单元位置输出给手机位置估计模块504。
主测量及控制单元50中的第一无线通讯系统接收机501监听无线通讯系 统的空口信令并将监听到的待定位手机的无线资源分配信令输出给无线通讯 系统信令解析模块502。无线通讯系统信令解析模块502解析待定位手机的无 线资源分配信令，获得待定位手机的无线资源分配信息，该信'息一方面输出给 第一无线通讯系统接收机501，另一方面同时输出给第一通讯模块505。第一 通讯模块505将待定位手机的无线资源分配信息传输给第二通讯模块511。控 制模块506将起始测量时间和测量间隔周期通过第一通讯模块505发下给辅助 测量单元51。这里的起始测量时间为预设的无线系统帧号，该无线系统帧号例 如预设成当前的无线系统帧号加上1 2秒的延时量所对应的无线系统帧号， 或者起始测量时间为预设的GPS标准时间。测量间隔周期为无线系统帧的整数 倍。
辅助测量单元51中的第二无线通讯系统接收机512在起始测量时间和测 量间隔周期的作用下，依据第二通讯模块511传来的待定位手机的无线资源分 配信息测量待定位手机的上行信号相对无线通讯系统小区下行信号的时间差 ti (i为自然数)。时间差ti通过第二通讯模块511发送回主测量及控制单元 50。第一通讯模块505将接收到的时间差ti传送至时间差计算模块503中。 同时，主测量及控制单元50中的第一无线通讯系统接收机501根据待定位手 机的无线资源分配信息测量待定位手机上行信号相对无线通讯系统小区下行 信号的时间差tO，并输出至时间差计算模块503。
时间差计算模块503计算两者的时间差dti=ti-t0 (i为自然数，是辅 助测量单元的编号)，将计算结果输出至手机位置估计模块504。手机位置估 计模块根据从第一 GPS接收机500接收到的主测量及控制单元的位置、从第一
通讯模块505接收到的辅助测量单元的位置以及从时间差计算模块503接收到 的dti，按照一般的信号达到时间差方法，估计该待定位手机的位置。最后， 手机位置估计模块504将手机位置估计值输出给用户。其原理请参见图10，举 例来说，主测量及控制单元和辅助测量单元1之间形成的双曲线与主测量及控 制单元和辅助测量单元2之间形成的双曲线所形成的交点，即为待定位手机所 处的位置。
另外，当某个/些辅助测量单元的位置发生变化时，则发生变化的辅助测 量单元重新通过第二GPS接收机接收自己的单元位置，将单元位置通过第二通 讯模块511上报给主测量及控制单元50以更新原有的值。主测量及控制单元 50也可以将接收到的单元位置和ti的值存储起来。
(第五实施例)
图7示出了本发明的基于测量网络的无线定位方法的又一实施例的流程， 请参见图7，下面是对该方法流程中各步骤的详细描述。
步骤S300:各单元开机，建立通讯链路连接。这里的各单元包括一个主测 量及控制单元和多个辅助测量单元，在主测量及控制单元和全部辅助测量单元 之间建立通讯链路的连接。
步骤S301:主测量及控制单元按照手机接入过程接入无线通讯系统的一个 小区，获得该无线通讯系统的时间和频率的同步。
步骤S302:主测量及控制单元控制全部辅助测量单元接入该无线通讯系统 小区，获得该无线通讯系统的时间和频率的同步。
步骤S303:主测量及控制单元与该些辅助测量单元进行GPS接收以获得单 元自身的位置信息，同时获得单元自身的GPS当地时间。
步骤S304:主测量及控制单元选择无线通讯系统小区的一个无线系统帧号 通知该些辅助测量单元。这里所述的无线系统帧号是当前的无线系统帧号加上 1 2秒的延时量后所对应的无线系统帧号。
步骤S305:该些辅助测量单元将自身的单元位置上报给主测量及控制单 元，同时将该无线通讯系统小区相对自身的GPS当地时间的时间差Ti (i为自 然数)上报给主测量及控制单元。这里所述的无线通讯系统小区相对自身的GPS当地时间的时间差Ti是在测量单元自身的位置中无线系统帧起始位置之后与 之最接近的GPS帧起始位置与无线系统起始帧起始位置之间的时间偏移。
步骤S306:主测量及控制单元测量该无线通讯系统小区相对自身的GPS当 地时间的时间差为T0，同样的，TO亦即测量自身位置中无线系统帧起始位置 之后与之最接近的GPS帧起始位置与无线系统起始帧起始位置之间的时间偏 移。
步骤S307:主测量及控制单元计算无线通讯系统小区相对各辅助测量单元 的GPS当地时间的时间差与无线通讯系统小区相对主测量及控制单元的GPS当 地时间的时间差的差值dTi二Ti一TO。
步骤S308:主测量及控制单元监听该无线通讯系统小区，获得待定位手机 的空口信令，获得该待定位手机的无线资源分配信息。
步骤S309:主测量及控制单元下发该待定位手机的无线资源分配信息给该 些辅助测量单元。
步骤S310:主测量及控制单元将起始测量时间以及测量间隔下发给辅助测
量单元。
这里的测量间隔周期一般为无线系统帧的整数倍。这里的起始测量时间为 一预设的无线系统帧号，该预设的无线系统帧号一般是当前的无线系统帧号加 上1 2秒的延时量后所对应的无线系统帧号。另外，起始测量时间也可以为 设定的GPS标准时间。采用GPS标准时间作为手机上行信号到达时间的参考， 相对采用无线系统帧号的方式，相对信息传输量较大，而且各单元的测量也需 要进一步的同步。
当然，本步骤可以视需要省略。
步骤S311:主测量及控制单元下发该待定位手机的无线资源分配信息给该 些辅助测量单元。
步骤S312:主测量及控制单元与该些辅助测量单元根据分配的该待定位手
机的无线资源分配信息，测量该待定位手机上行信号相对该无线通讯系统小区 下行信号的时间差(亦即待定位手机的上行信号到达时间与基站信号帧头位置
的时间偏移)，其中该主测量及控制单元测量到的该待定位手机上行信号相对 该无线通讯系统小区下行信号的时间差(时间偏移)为t0，该些辅助测量单元
测量到的该待定位手机上行信号相对该无线通讯系统小区下行信号的时间差 (时间偏移)为ti (i为自然数)。
步骤S313:主测量及控制单元计算该些辅助测量单元的待定位手机上行信 号到达时间与该主测量及控制单元的待定位手机上行信号到达时间的时间差 dti二ti一t0。其中，待定位手机上行信号到达时间就是上一步中的待定位手 机上行信号相对无线通讯系统小区下行信号的时间差(亦即时间偏移)。
步骤S314:对各个时间差dti，减去步骤S307中的dTi。该差值作为新的
时间差dti以替换原值。
步骤S315:主测量及控制单元根据自身的单元位置、该些辅助测量单元上
报的单元位置以及这些待定位手机上行信号到达时间的时间差dti，按照一般
的信号达到时间差方法来估计该待定位手机的位置。其原理请参见图io，举例
来说，主测量及控制单元和辅助测量单元1之间形成的双曲线与主测量及控制
单元和辅助测量单元2之间形成的双曲线所形成的交点，即为待定位手机所处
的位置。
步骤S316:主测量及控制单元将该待定位手机的位置上报给用户。
另外，当某个/些辅助测量单元的位置发生变化时，则发生变化的辅助测
量单元重新接收自己的单元位置和GPS当地时间，将单元位置以及无线通讯系 统小区相对自身的GPS当地时间的时间差Ti 一同上报给主测量及控制单元以 更新原有的值。
本实施例对比第一和第三实施例的方法，通过测量各单元的参考小区同步 与GPS同步之间的差，矫正了不同测量单元由于位置不同造成的相对基站下行 信号到达的时间差，其同步性能更佳。
图8是本实施例的信令流程图。结合图8，对上述的流程步骤能有一个更
好的理解。
(第六实施例〕
基于上一实施例的方法，本发明提出了一种基于测量网络的无线定位系统 的又一实施例。请参见图9，该无线定位系统主要包括 一个主测量及控制单 元60和多个辅助测量单元61 (图示以一个为例)。其中，主测量及控制单元
60包括第一GPS接收机600、第一无线通讯系统接收机601、无线通讯系统信 令解析模块602、时间差计算模块603、手机位置估计模块604、第一通讯模块 605、控制模块606和第一参考小区时间差计算单元606。辅助测量单元61包 括第二 GPS接收机610、第二通讯模块611、第二无线通讯系统接收机612和 第二参考小区时间差计算单元613。
该无线定位系统的工作原理如下主测量及控制单元60和辅助测量单元 61开机，通过第一通讯模块605和第二通讯模块611建立主测量及控制单元 60和辅助测量单元61之间的通讯链路连接。然后，主测量及控制单元60通过 第一无线通讯系统接收机按照手机接入过程接入无线通讯系统的一个小区，接 收该无线通讯系统的基站信号以完成自身对于基站在时间和频率上的同步。同 时，主测量及控制单元60控制辅助测量单元61的第二无线通讯系统接收机612 接入该无线通讯系统小区，接收该无线通讯系统的基站信号以完成自身对于基 站在时间和频率上的同步。
主测量及控制单元60的第一 GPS接收机600接收GPS卫星信号，完成对 自身的位置测量和自身的GPS当地时间，将单元位置输出给手机位置估计模块 604，同时将自身的GPS当地时间输出给第一参考小区时间差计算单元606。辅 助测量单元61中的第二 GPS接收机610也接收GPS卫星信号，完成对自身的 位置测量和自身的GPS当地时间。
主测量及控制单元60的控制模块606将矫正测量参考时间通过第一通讯 模块605下发给各个辅助测量单元61。这里的矫正测量参考时间是无线通讯系 统小区的一个无线系统帧号，例如是当前的无线系统帧号加上1 2秒的延时 量后所对应的无线系统帧号。
第二 GPS接收机610将单元位置输出给第二通讯模块611，接着传输给第 一通讯模块605，第一通讯模块605再将辅助测量单元的单元位置输出给手机 位置估计模块604。同时，第二GPS接收机610将GPS当地时间输出给第二参 考小区时间差计算单元613。第二参考小区时间差计算单元613接收来自第二 无线通讯系统接收机612所选取的无线通讯系统小区的定时和GPS当地时间， 计算出无线通讯系统小区相对自身的GPS当地时间的时间差Ti (i为自然数)。 这里所述的无线通讯系统小区相对自身的GPS当地时间的时间差Ti是在测量 单元自身的位置中无线系统帧起始位置之后与之最接近的GPS帧起始位置与无 线系统起始帧起始位置之间的时间偏移。
时间差Ti通过第二通讯模块611发送，由主测量及控制单元60的第一通 讯模块605接收，并送入时间差计算模块603中。同时，在主测量及控制单元 60中，第一参考小区时间差计算单元606接收来自第一 GPS接收机600的GPS 当地时间和来自第一无线通讯系统接收机601的无线通讯系统小区的定时，计 算出无线通讯系统小区相对自身的GPS当地时间的时间差为TO，同样的，TO 亦即测量自身位置中无线系统帧起始位置之后与之最接近的GPS帧起始位置与 无线系统起始帧起始位置之间的时间偏移。T0被送入时间差计算模块603中， 时间差计算模块603计算dTi = Ti — TO。
主测量及控制单元60中的第一无线通讯系统接收机601监听无线通讯系 统的空口信令并将监听到的待定位手机的无线资源分配信令输出给无线通讯 系统信令解析模块602。无线通讯系统信令解析模块602解析待定位手机的无 线资源分配信令，获得待定位手机的无线资源分配信息，该信息一方面输出给 第一无线通讯系统接收机601，另一方面同时输出给第一通讯模块605。第一 通讯模块605将待定位手机的无线资源分配信息传输给第二通讯模块611。控 制模块606将起始测量时间和测量间隔周期通过第一通讯模块605发下给辅助 测量单元61。这里的起始测量时间为预设的无线系统帧号，该无线系统帧号例 如预设成当前的无线系统帧号加上1 2秒的延时量所对应的无线系统帧号， 或者起始测量时间为预设的GPS标准时间。测量间隔周期为无线系统帧的整数 倍。当然，控制模块606的这一操作可以视需要省略。
辅助测量单元61中的第二无线通讯系统接收机612在起始测量时间和测 量间隔周期的作用下，依据第二通讯模块611传来的待定位手机的无线资源分 配信息测量待定位手机的上行信号相对无线通讯系统小区下行信号的时间差 ti(i为自然数)。时间差ti通过第二通讯模块611发送回主测量及控制单元 60。第一通讯模块605将接收到的时间差ti传送至时间差计算模块603中。 同时，主测量及控制单元60中的第一无线通讯系统接收机601根据待定位手 机的无线资源分配信息测量待定位手机上行信号相对无线通讯系统小区下行 信号的时间差t0，并输出至时间差计算模块603。
时间差计算模块603计算两者的时间差dti = ti — tO — dTi (i为自然数，
是辅助测量单元的编号)，将计算结果输出至手机位置估计模块604。手机位 置估计模块根据从第一 GPS接收机600接收到的主测量及控制单元的位置、从 第一通讯模块605接收到的辅助测量单元的位置以及从时间差计算模块603接 收到的dti，按照一般的信号达到时间差方法，估计该待定位手机的位置。最 后，手机位置估计模块604将手机位置估计值输出给用户。其原理请参见图10， 举例来说，主测量及控制单元和辅助测量单元1之间形成的双曲线与主测量及 控制单元和辅助测量单元2之间形成的双曲线所形成的交点，即为待定位手机 所处的位置。
另外，当某个/些辅助测量单元的位置发生变化时，则发生变化的辅助测 量单元重新通过第二 GPS接收机接收自己的单元位置和GPS当地时间，将单元 位置和重新计算的Ti通过第二通讯模块611上报给主测量及控制单元60以更 新原有的值。主测量及控制单元60也可以将接收到的单元位置、Ti和ti的值 存储起来。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域 普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种 修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权 利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求
1、一种基于测量网络的无线定位方法，对待定位手机进行位置估计，该方法包括主测量及控制单元以及多个辅助测量单元开机并且建立该主测量及控制单元与该辅助测量单元之间的通讯链路连接；该主测量及控制单元按照手机接入过程接入无线通讯系统的一个小区，该主测量及控制单元获得该无线通讯系统的时间和频率同步；该主测量及控制单元控制该些辅助测量单元接入该无线通讯系统小区，获得该无线通讯系统的时间和频率同步；该主测量及控制单元与该些辅助测量单元进行GPS接收以获得单元位置；该些辅助测量单元将自身的单元位置上报给该主测量及控制单元；该主测量及控制单元监听该无线通讯系统小区，获得该待定位手机的空口信令，获得该待定位手机的无线资源分配信息；该主测量及控制单元下发该待定位手机的无线资源分配信息给该些辅助测量单元；该主测量及控制单元与该些辅助测量单元根据分配的该待定位手机的无线资源分配信息，测量该待定位手机上行信号相对该无线通讯系统小区下行信号的时间差，其中该主测量及控制单元的测量值为t0，该些辅助测量单元的测量值为ti，i为自然数；该主测量及控制单元计算该些辅助测量单元的待定位手机上行信号到达时间与该主测量及控制单元的待定位手机上行信号到达时间的时间差dti＝ti-t0；该主测量及控制单元根据自身的单元位置、该些辅助测量单元上报的单元位置以及该手机上行信号的到达时间差dti，估计该待定位手机的位置；该主测量及控制单元上报该待定位手机的位置给用户。
2、 权利要求1所述的基于测量网络的无线定位方法，其特征在于，在该主测 量及控制单元下发该待定位手机的无线资源分配信息给该些辅助测量单元的步骤 之后还包括 该主测量及控制单元将起始测量时间以及测量间隔周期下发给该些辅助测量单元。
3、 根据权利要求2所述的基于测量网络的无线定位方法，其特征在于，该起始测量时间为一设定的无线系统帧号。
4、 根据权利要求3所述的基于测量网络的无线定位方法，其特征在于，该无 线系统帧号为当前的无线系统帧号加上1 2秒的延时量所对应的无线系统帧号。
5、 根据权利要求2所述的基于测量网络的无线定位方法，其特征在于，该测 量间隔周期为无线系统帧的整数倍。
6、 根据权利要求2所述的基于测量网络的无线定位方法，其特征在于，该起 始测量时间为一设定的GPS标准时间。
7、 根据权利要求l所述的基于测量网络的无线定位方法，其特征在于，当该 些辅助测量单元的位置发生变化时，该方法还包括，将测量到的辅助测量单元的位 置更新值上报给该主测量及控制单元。
8、 根据权利要求1所述的基于测量网络的无线定位方法，其特征在于，在该 些辅助测量单元将自身的单元位置上报给该主测量及控制单元的步骤之后还包括.-该主测量及控制单元在进行GPS接收的同时获得该测量及控制单元的GPS当 地时间；该些辅助测量单元在进行GPS接收的同时获得自身的GPS当地时间； 该主测量及控制单元控制选择该无线通讯系统小区的一个无线系统帧号通知 该些辅助测量单元；该些辅助测量单元在上报单元位置的同时将该无线通讯系统小区相对自身的 GPS当地时间的时间差Ti上报给该主测量及控制单元，i为自然数；该主测量及控制单元测量该无线通讯系统小区相对自身的GPS当地时间的时 间差为TO;该主测量及控制单元计算该无线通讯系统小区相对各辅助测量单元的GPS当地时间的时间差与该无线通讯系统小区相对该主测量及控制单元的GPS当地时间 的时间差的差值dTi-Ti—TO;在该主测量及控制单元计算该些辅助测量单元的待定位手机上行信号到达时 间与该主测量及控制单元的待定位手机上行信号到达时间的时间差dti=ti—tO的 步骤后还包括对该时间差dti减去该差值dTi。
9、 根据权利要求8所述的基于测量网络的无线定位方法，其特征在于，该无 线系统帧号为当前的无线系统帧号加上1 2秒的延时量所对应的无线系统帧号。
10、 根据权利要求8所述的基于测量网络的无线定位方法，其特征在于，当 该些辅助测量单元的位置发生变化时，该方法还包括，将测量到的辅助测量单元的 位置更新值上报给该主测量及控制单元，同时重新测量该无线通讯系统小区相对自 身的GPS当地时间的时间差Ti并上报给该主测量及控制单元。
11、 一种基于测量网络的无线定位系统，对待定位手机进行位置估计，该系 统包括主测量及控制单元以及多个辅助测量单元，其中该主测量及控制单元包括第一 GPS接收机，接收GPS卫星信号，完成对自身的位置测量；无线通讯系统信令解析模块，解析该待定位手机的无线资源分配信令， 获得该待定位手机的无线资源分配信息；第一无线通讯系统接收机，接入无线通讯系统的一个小区，接收该无线 通讯系统的基站信号以完成自身对于基站在时间和频率上的同步，同时监听该无线 通讯系统的空口信令并将监听到的该待定位手机的无线资源分配信令输出至该无 线通讯系统信令解析模块，同时根据该无线通讯系统信令解析模块输出的该待定位 手机的无线资源分配信息测量该待定位手机上行信号相对该无线通讯系统小区下 行信号的时间差tO;第一通讯模块，将该无线通讯系统信令解析模块输出的该待定位手机的 无线资源分配信息发送出去；时间差计算模块，根据该无线通讯系统接收机输出的该待定位手机上行 信号相对该无线通讯系统小区下行信号的时间差to以及该第一通讯模块输出的该 些辅助测量单元所测得的该待定位手机的上行信号相对该无线通讯系统小区下行 信号的时间差ti，计算两者的时间差dti二ti一tO，其中i为自然数；手机位置估计模块，根据该第一 GPS接收机输出的该主测量及控制单元 的位置、该第一通讯模块输出的该些辅助测量单元的单元位置以及该时间差计算模 块输出的时间差dti，进行该待定位手机的位置估计并将位置估计的结果上报给用 户；该些辅助测量单元包括第二通讯模块，接收该第一通讯模块发送的该待定位手机的无线资源分配信息；第二GPS接收机，接收GPS卫星信号，完成对自身的位置测量，并通过 该第二通讯模块将位置测量值返回至该主测量及控制单元；第二无线通讯系统接收机，接入该无线通讯系统小区，接收该无线通讯 系统的基站信号以完成自身对于基站在时间和频率上的同步，同时接收到该第二通 讯模块的输出的该待定位手机的无线资源分配信息，并据此测量该待定位手机的上 行信号相对该无线通讯系统小区下行信号的时间差ti， i为自然数，该些时间差 ti通过该第二通讯模块发送回该主测量及控制单元。
12、 根据权利要求ll所述的基于测量网络的无线定位系统，其特征在于，该 主测量及控制单元还包括控制模块，将起始测量时间以及测量间隔周期通过该第一通讯模块下发给该些 辅助测量单元。
13、 根据权利要求12所述的基于测量网络的无线定位系统，其特征在于，该 起始测量时间为一设定的无线系统帧号。
14、 根据权利要求13所述的基于测量网络的无线定位系统，其特征在于，该 无线系统帧号为当前的无线系统帧号加上1 2秒的延时量所对应的无线系统帧号
15、 根据权利要求12所述的基于测量网络的无线定位系统，其特征在于，该 测量间隔周期为无线系统帧的整数倍。
16、 根据权利要求12所述的基于测量网络的无线定位系统，其特征在于，该 起始测量时间为一设定的GPS标准时间。
17、 根据权利要求ll所述的基于测量网络的无线定位系统，其特征在于，该 第二 GPS接收机在自身位置发生变化时重新测量位置值并通过该第二通讯模块上 报给该主测量及控制单元。
18、 根据权利要求ll所述的基于测量网络的无线定位系统，其特征在于， 在该些辅助测量单元中，该第二 GPS接收机在完成位置测量的同时完成对自身的GPS当地时间的测量；该第二无线通讯系统接收机还选取该无线通讯系统小区的 定时；该些辅助测量单元还包括第二参考小区时间差计算单元，该单元接收GPS 当地时间的测量值和该无线通讯系统小区的定时，计算出该无线通讯系统小区相对 自身的GPS当地时间的时间差Ti，并通过该第二通讯单元上报给该主测量及控制单元；在该主测量及控制单元中，该第一GPS接收机在在完成位置测量的同时完成对 自身的GPS当地时间的测量，该第一无线通讯系统接收机还选取该无线通讯系统小 区的定时；该时间差计算模块还包括第一参考小区时间差计算单元，该单元接收 GPS当地时间的测量值和该无线通讯系统小区的定时，计算出该无线通讯系统小区 相对自身的GPS当地时间的时间差T0;该时间差计算模块再根据该第一通讯模块 输出的Ti和该第一参考小区时间差计算单元T0，更新该时间差dti。
19、 根据权利要求18所述的基于测量网络的无线定位系统，其特征在于，该 第一无线通讯系统接收机和该第二无线通讯系统接收机所选取的该无线通讯系统 小区的定时是该无线通讯系统小区的一个无线系统帧号。
20、 根据权利要求19所述的基于测量网络的无线定位系统，其特征在于，该 无线系统帧号为当前的无线系统帧号加上1 2秒的延时量所对应的无线系统帧 号。
21、 根据权利要求11所述的基于测量网络的无线定位系统，其特征在于，在辅助测量单元的位置发生变化时，辅助测量单元中的第二 GPS接收机重新对自身位 置和GPS当地时间进行测量。
全文摘要
本发明公开了一种基于测量网络的无线定位方法和系统，减少手机定位的误差。其技术方案为本发明利用定位测量网络，准确进行用户位置的估计。本发明利用测量单元的位置特点避免非直达路径对位置测量的影像，还利用虚拟基站技术获得测量单元之间的时间以及频率上的同步，进一步减少定位估计的误差。本发明应用于手机定位领域。
文档编号G01S1/02GK101360322SQ20071004432
公开日2009年2月4日 申请日期2007年7月30日 优先权日2007年7月30日
发明者涛 吴 申请人:展讯通信(上海)有限公司