способ определения положения путем сшивания измерений

Формула изобретения

1. Способ оценивания положения устройства мобильной связи, содержащий этапы, на которых задают начальное состояние фильтра определения положения посредством приближенного положения, и обновляют фильтр определения положения посредством первого набора измерений, полученного в течение первого периода измерения из первого поднабора опорных станций, причем упомянутый первый набор измерений недостаточен для инициализации упомянутого фильтра определения положения, инициализируют фильтр определения положения, используя упомянутый первый набор измерений и второй набор измерений, полученный в течение второго периода измерения из второго поднабора опорных станций, причем упомянутый второй период измерения наступает последовательно к упомянутому первому периоду измерения, и при этом упомянутый второй набор измерений разрешает использование упомянутого первого набора измерений при определении оценки положения для устройства мобильной связи.

2. Способ по п.1, в котором фильтр определения положения является фильтром Калмана.

3. Способ по п.1, в котором второй поднабор опорных станций включает в себя менее трех разных опорных станций.

4. Способ по п.1, в котором первый поднабор опорных станций и второй поднабор опорных станций включают в себя менее трех разных опорных станций.

5. Способ по п.1, в котором первый поднабор опорных станций и второй поднабор опорных станций не используют совместно общую опорную станцию.

6. Способ по п.1, в котором первый поднабор опорных станций и второй поднабор опорных станций совместно используют, по меньшей мере, одну общую опорную станцию.

7. Способ по п.2, дополнительно содержащий этап, на котором принимают начальную информацию положения устройства мобильной связи из сети сотовой связи.

8. Способ по п.7, в котором сеть сотовой связи включает в себя сеть CDMA.

9. Способ по п.7, в котором начальная информация положения включает в себя значение положения и значение неопределенности.

10. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап, на котором заполняют часть вектора состояния фильтра Калмана, по меньшей мере, одной частью значения положения.

11. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап, на котором заполняют часть ковариационной матрицы фильтра Калмана, по меньшей мере, одной частью значения неопределенности.

12. Способ по п.1, в котором первый набор измерений включает в себя измерение псевдодальности, которое относится к Глобальной системе определения положения.

13. Способ по п.1, в котором оценка положения включает в себя значение положения и значение неопределенности.

14. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором передают оценку положения в приложение, выполняющееся на устройстве мобильной связи.

15. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором продолжают обновлять фильтр определения положения посредством последовательных измерений из любой из совокупности опорных станций.

16. Способ оценивания положения устройства мобильной связи, содержащий этапы, на которых задают начальное состояние фильтра определения положения посредством приближенного положения, обновляют фильтр определения положения посредством первого набора измерений, полученного в течение первого периода измерения из первого поднабора источников определения псевдодальности, причем упомянутый первый набор измерений недостаточен для инициализации упомянутого фильтра определения положения, инициализируют фильтр определения положения, используя упомянутый первый набор измерений и второй набор измерений, полученный в течение второго периода измерения из второго поднабора источников определения псевдодальности, причем упомянутый второй период измерения наступает последовательно к упомянутому первому периоду измерения, при этом упомянутый второй набор измерений разрешает использование упомянутого первого набора измерений при определении оценки положения для устройства мобильной связи.

17. Способ по п.16, в котором источники определения псевдодальности состоят из базовых станций наземной беспроводной сети.

18. Способ по п.16, в котором источники определения псевдодальности состоят из комбинации базовых станций наземной беспроводной сети и опорных станций.

19. Способ по п.16, в котором источники определения псевдодальности состоят из спутников спутниковой системы определения положения.

20. Способ оценивания положения устройства мобильной связи, содержащий этапы, на которых сохраняют набор измерений псевдодальности из набора опорных станций, снабженных метками времени согласно местному времени, затем устанавливают соотношение между местным временем и спутниковым системным временем, определяют спутниковое системное время сохраненного набора измерений псевдодальности, связывают сохраненный набор измерений псевдодальности со спутниковым системным временем и осуществляют обработку обратного распространения, используя сохраненный набор измерений псевдодальности и спутниковое системное время этого набора измерений для определения положения мобильного устройства.

21. Способ оценивания положения устройства мобильной связи, содержащий этапы, на которых сохраняют набор измерений псевдодальности из набора опорных станций, затем определяют эфемеридную информацию для набора опорных станций, связывают сохраненный набор измерений псевдодальности с эфемеридной информацией и осуществляют обработку обратного распространения, используя сохраненный набор измерений псевдодальности и вновь определенную эфемеридную информацию для определения положения мобильного устройства.

22. Устройство мобильной связи, содержащее первый приемник для приема сигналов, относящихся к спутниковой системе определения положения, второй приемник для приема сигналов, относящихся к сети связи, и процессор, осуществляющий связь с первым и вторым приемниками, причем процессор способен: задавать начальное состояние фильтра определения положения посредством первого измерения псевдодальности, полученного в течение первого периода измерения из первого поднабора опорных станций спутниковой системы определения положения, причем упомянутое первое измерение псевдодальности недостаточно для инициализации упомянутого фильтра определения положения, и инициализировать фильтр определения положения, используя упомянутое первое измерение псевдодальности и второе измерение псевдодальности, полученное в течение второго периода измерения из второго поднабора опорных станций спутниковой системы определения положения, причем упомянутый второй период измерения наступает последовательно к упомянутому первому периоду измерения, при этом упомянутое второе измерение псевдодальности разрешает использование упомянутого первого измерения псевдодальности при определении оценки положения для устройства мобильной связи.

23. Устройство по п.22, в котором фильтр определения положения является фильтром Калмана.

24. Устройство по п.22, в котором второй поднабор опорных станций включает в себя менее трех разных опорных станций.

25. Устройство по п.22, в котором первый поднабор опорных станций и второй поднабор опорных станций включают в себя менее трех разных опорных станций.

26. Устройство по п.22, в котором первый поднабор опорных станций и второй поднабор опорных станций не используют совместно общую опорную станцию.

27. Устройство по п.22, в котором первый поднабор опорных станций и второй поднабор опорных станций совместно используют, по меньшей мере, одну общую опорную станцию.

28. Устройство по п.22, в котором первый приемник дополнительно способен принимать начальную информацию положения устройства мобильной связи из сети связи.

29. Устройство по п.28, в котором сеть связи включает в себя сеть CDMA.

30. Устройство по п.28, в котором начальная информация положения включает в себя значение положения и значение неопределенности.

31. Устройство по п.30, в котором процессор дополнительно способен заполнять часть ковариационной матрицы фильтра определения положения, по меньшей мере, одним из значения положения и значения неопределенности.

32. Устройство по п.22, в котором первое измерение псевдодальности относится к Глобальной системе определения положения.

33. Устройство по п.22, в котором оценка положения включает в себя значение положения и значение неопределенности.

34. Устройство по п.22, дополнительно содержащее приложение, выполняемое процессором и способное принимать оценку положения.

35. Устройство по п.22, в котором процессор дополнительно способен продолжать обновление фильтра определения положения посредством последующих измерений псевдодальности из любой из совокупности опорных станций.

36. Способ оценивания положения устройства мобильной связи, содержащий этапы, на которых задают начальное состояние фильтра определения положения посредством приближенного положения, обновляют упомянутый фильтр определения положения первым измерением псевдодальности, полученным в течение первого периода измерения из первого поднабора опорных станций, причем упомянутое первое измерение псевдодальности недостаточно для инициализации упомянутого фильтра определения положения, инициализируют фильтр определения положения, используя упомянутое первое измерение псевдодальности и второе измерение псевдодальности, полученное в течение второго периода измерения из второго поднабора опорных станций, причем упомянутый второй период измерения наступает последовательно к упомянутому первому периоду измерения, при этом упомянутое второе измерение псевдодальности разрешает использование упомянутого первого измерения псевдодальности при определении оценки положения для устройства мобильной связи, и, используя обратное распространение для прежних сохраненных измерений, которые связаны со спутниковым системным временем для первого поднабора опорных станций и второго поднабора опорных станций, для повышения точности оценки положения мобильного устройства связи, определяют время для первого поднабора опорных станций и второго поднабора опорных станций.

37. Способ по п.36, в котором фильтр определения положения является фильтром Калмана.

38. Компьютерно-считываемый носитель, реализующий программу, состоящую из инструкций, выполняемых одним или несколькими процессорами устройства мобильной связи для наделения упомянутых одного или нескольких процессоров способностью задания начального состояния фильтра определения положения посредством приближенного положения, обновления фильтра определения положения посредством первого измерения псевдодальности, полученного в течение первого периода измерения из первого поднабора опорных станций, причем упомянутое первое измерение псевдодальности недостаточно для инициализации упомянутого фильтра определения положения, и инициализации фильтра определения положения, используя упомянутое первое измерение псевдодальности и второе измерение псевдодальности, полученное в течение второго периода измерения из второго поднабора опорных станций, причем упомянутый второй период измерения наступает последовательно к упомянутому первому периоду измерения, и при этом упомянутое второе измерение псевдодальности разрешает использование упомянутого первого измерения псевдодальности при определении оценки положения для устройства мобильной связи.

39. Компьютерно-считываемый носитель по п.38, дополнительно содержащий программные инструкции для определения времени для первого поднабора опорных станций и второго поднабора опорных станций с использованием обратного распространения.

40. Устройство мобильной связи, содержащее средство первого приемника для приема сигналов, относящихся к спутниковой системе определения положения, средство второго приемника для приема сигналов, относящихся к сети связи, средство процессора, выполненное с возможностью осуществлять связь с первым и вторым приемниками, причем средство процессора способно задавать начальное состояние фильтра определения положения посредством приближенного положения, обновлять фильтр определения положения посредством первого измерения псевдодальности, полученного в течение первого периода измерения из первого поднабора опорных станций спутниковой системы определения положения, причем упомянутое первое измерение псевдодальности недостаточно для инициализации упомянутого фильтра определения положения, и инициализировать фильтр определения положения, используя упомянутое первое измерение псевдодальности и второе измерение псевдодальности, полученное в течение второго периода измерения из второго поднабора опорных станций спутниковой системы определения положения, причем упомянутый второй период измерения наступает последовательно к упомянутому первому периоду измерения, при этом упомянутое второе измерение псевдодальности разрешает использование упомянутого первого измерения псевдодальности при определении оценки положения для устройства мобильной связи.

Описание изобретения к патенту

Ссылка на родственные заявки

Данная заявка притязает на приоритет совместно рассматриваемой предварительной патентной заявки США № 60/779,935 под названием "Measurement Stitching for Improved Position Location in Wireless Communication System", поданной 6 марта 2006 г., права на которую принадлежат заявителю настоящей заявки и которая включена сюда посредством ссылки.

Область техники

Данное раскрытие относится к системам определения положения и, в частности, к вычислению решений относительно положения для мобильных приемников.

Уровень техники

Глобальная система определения положения (GPS) - это спутниковая навигационная система, или спутниковая система определения положения, призванная предоставлять информацию положения, скорости и времени практически в любой точке мира. GPS была разработана министерством обороны США и в настоящее время включает в себя группировку из двадцати четырех работоспособных спутников. Другие типы спутниковых навигационных систем включают в себя региональную систему радиоопределения местоположения со спутниковыми ответчиками на частоте запроса (WAAS), Глобальную навигационную спутниковую систему (ГЛОНАСС), развернутую Российской Федерацией, и систему Galileo, планируемую Евросоюзом. Здесь, понятие "спутниковая система определения положения" (SPS) применяется в отношении GPS, Galileo, ГЛОНАСС, NAVSTAR, GNSS, системы, которая использует спутники из комбинации этих систем, псевдоспутниковых систем или любых SPS, которые будут созданы в будущем.

Различные приемники были спроектированы для декодирования сигналов, передаваемых со спутников, для определения положения, скорости или времени. В целом, для дешифровки сигналов и вычисления окончательного положения приемник должен захватывать сигналы от спутников, находящихся в пределах прямой видимости, измерять и отслеживать принимаемые сигналы и извлекать навигационные данные из сигналов. Благодаря точному измерению расстояния от трех разных спутников, приемник триангулирует свое положение, т.е. находит широту, долготу и высоту. В частности, приемник измеряет расстояние путем измерения времени, необходимого для распространения каждого сигнала от соответствующего спутника к приемнику. Для этого требуется информация точного времени. По этой причине обычно необходимы измерения с четвертого спутника, которые позволяют определить общие ошибки измерения времени, например ошибки, обусловленные погрешностями схем отсчета времени на приемнике.

В некоторых местах, например в городах с высокими зданиями, приемник может быть способен улавливать сигналы лишь от трех или менее спутников. В этих ситуациях приемник будет неспособен найти все четыре параметра решения относительно положения: широту, долготу, высоту и время. Если приемник способен улавливать сигналы от трех спутников, приемник может, например, отказаться от вычисления высоты, чтобы найти широту, долготу и время. Альтернативно, если высоту можно получить внешними средствами, все четыре переменные можно найти из трех спутниковых сигналов. Если доступно меньше трех сигналов, приемник может оказаться не способным вычислить свое положение.

Для преодоления этого ограничения во многих приемниках применяется гибридная технология определения положения, которая предусматривает использование сигналов от базовых станций системы беспроводной связи. Как и для спутниковых сигналов, гибридные приемники измеряют задержки по времени беспроводных сигналов для измерения расстояний от базовых станций сети. Гибридные приемники используют сигналы от базовых станций, а также любые полученные сигналы со спутников GPS, для нахождения переменных положения и времени. Гибридный метод определения положения нередко позволяет приемнику вычислять решение относительно положения в широком круге положений, где традиционные методы определения положения терпят неудачу. В беспроводных мобильных системах множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), например, эта часть гибридного метода, связанная с измерением сигналов базовых станций, называется Advanced Forward Link Trilateration [усовершенствованная трилатерация на основе сигналов прямой линии связи] (AFLT).

Точность нахождения положения на приемнике зависит от точности измерения времени в системе. В синхронизированных системах, например, существующих системах CDMA, информация хронирования, передаваемая сотовыми базовыми станциями, синхронизируется с информацией хронирования от спутников GPS, благодаря чему точное время оказывается доступным во всей системе. В некоторых системах, например Глобальной системе мобильной связи (GSM), информация хронирования не синхронизируется между базовыми станциями и спутниками GPS. В этих системах устройства измерения положения (LMU) добавлены в существующую инфраструктуру для обеспечения точной информации хронирования для беспроводной сети.

Другой подход, который часто используется в системах и алгоритмах определения положения, предусматривает применение фильтров Калмана. Как известно, фильтр Калмана (ФК) представляет собой оптимальный рекурсивный алгоритм оценивания данных. Он часто используется для моделирования атрибутов движущихся тел, например самолетов, людей, автомобилей и т.д. Эти атрибуты могут включать в себя, например, скорость и положение. Текущее состояние системы и текущее измерение используются для оценивания нового состояния системы. На практике, фильтр Калмана объединяет все доступные данные измерений плюс заранее известную информацию о системе, измерительных устройствах и статистике ошибок для выработки оценки нужных переменных таким образом, чтобы статистически минимизировать ошибку.

В прошлом фильтр Калмана, используемый в устройстве мобильной связи, обычно требовал определенных параметров инициализации от сопутствующей системы определения положения приемник. Например, при использовании приемника GPS обычно получали одновременные измерения от, по меньшей мере, трех разных спутников, прежде чем можно было инициализировать фильтр Калмана. Это означает, что в одном периоде измерения сигналы от, по меньшей мере, трех разных спутников принимаются и успешно обрабатываются устройством мобильной связи. Это требование снижает производительность мобильного устройства, поскольку на получение сигналов от трех спутников может потребоваться порядка десятков секунд, особенно в городских условиях. Если необходимые сигналы не получены или не получены вовремя, то часть мобильного устройства, отвечающая за определение положения, может потерпеть неудачу в инициализации и может не работать правильно или эффективно.

Таким образом, обычная инициализация фильтра Калмана, используемого для определения положения мобильного устройства, требует, чтобы полное начальное состояние в некоторое время было сначала получено, чтобы можно было оценить обновленную информацию состояния определения положения для времени t>t₀ . Это ограничение подразумевает, что для мобильных приемников GPS в пограничных условиях распространения сигнала, например, с изменяющимися со временем препятствиями на линии распространения сигнала от спутников может быть затруднительно или долго получать одновременные (т.е. в течение одного и того же периода) измерения дальности от, по меньшей мере, 3 GPS спутников, необходимые для инициализации фильтра Калмана. Весьма желательно повысить производительность определения положения для мобильных приемников GPS в неблагоприятных условиях распространения сигнала, когда одновременность измерений дальности может своевременно не проявляться.

Соответственно, сохраняется необходимость в повышении возможностей определения положения для устройств мобильной связи, и чтобы они делали это своевременно и эффективно.

Сущность изобретения

Один аспект настоящего изобретения предусматривает способ оценивания положения устройства мобильной связи, содержащий этапы, на которых: задают начальное состояние фильтра определения положения посредством приближенного положения; обновляют фильтр определения положения посредством первого набора измерений, полученного в течение первого периода измерения из первого поднабора опорных станций, в котором первый поднабор включает в себя менее трех разных опорных станций; обновляют фильтр определения положения посредством второго набора измерений, полученного в течение второго периода измерения из второго поднабора опорных станций; и определяют оценку положения для устройства мобильной связи на основании обновленного фильтра определения положения.

Еще один аспект настоящего изобретения предусматривает способ оценивания положения устройства мобильной связи, содержащий этапы, на которых: задают начальное состояние фильтра определения положения посредством приближенного положения; обновляют фильтр определения положения посредством первого набора измерений, полученного в течение первого периода измерения из первого поднабора источников определения псевдодальности, в котором первый поднабор включает в себя менее трех разных источников определения псевдодальности; обновляют фильтр определения положения посредством второго набора измерений, полученного в течение второго периода измерения из второго поднабора источников определения псевдодальности; и определяют оценку положения для устройства мобильной связи на основании обновленного фильтра определения положения.

Еще один аспект настоящего изобретения предусматривает способ оценивания положения устройства мобильной связи, содержащий этапы, на которых: сохраняют набор измерений псевдодальности из набора опорных станций, снабженных метками времени согласно местному времени; затем устанавливают соотношение между местным временем и спутниковым системным временем; определяют спутниковое системное время сохраненного набора измерений псевдодальности; и используют сохраненный набор измерений псевдодальности и спутниковое системное время этого набора измерений для определения положения мобильного устройства.

Еще один аспект настоящего изобретения предусматривает способ оценивания положения устройства мобильной связи, содержащий этапы, на которых: сохраняют набор измерений псевдодальности из набора опорных станций; затем определяют эфемеридную информацию для набора опорных станций; и используют сохраненный набор измерений псевдодальности и вновь определенную эфемеридную информацию для определения положения мобильного устройства.

Еще один аспект настоящего изобретения предусматривает способ оценивания положения устройства мобильной связи, содержащий этапы, на которых задают начальное состояние фильтра определения положения посредством приближенного положения, обновляют фильтр определения положения посредством первого измерения псевдодальности, полученного в течение первого периода измерения из первого поднабора опорных станций, в котором первый поднабор включает в себя менее трех разных опорных станций; обновляют фильтр определения положения посредством второго измерения псевдодальности, полученного в течение второго периода измерения из второго поднабора опорных станций; определяют оценку положения для устройства мобильной связи на основании обновленного фильтра определения положения; и с использованием обратного распространения определяют время для первого поднабора и второго поднабора.

Еще один аспект настоящего изобретения предусматривает устройство мобильной связи, содержащее первый приемник, способный принимать сигналы, относящиеся к спутниковой системе определения положения; второй приемник, способный принимать сигналы, относящиеся к сети связи; процессор, осуществляющий связь с первым и вторым приемниками; процессор способен: a) задавать начальное состояние фильтра определения положения посредством первого измерения псевдодальности, полученного в течение первого периода измерения из первого поднабора опорных станций спутниковой системы определения положения, в котором первый поднабор включает в себя менее трех разных опорных станций; b) обновлять фильтр определения положения посредством второго измерения псевдодальности, полученного в течение второго периода измерения из второго поднабора опорных станций спутниковой системы определения положения; и c) определять оценку положения для устройства мобильной связи на основании обновленного фильтра определения положения.

На основании нижеследующего подробного описания, где в порядке иллюстрации показаны и описаны различные варианты осуществления, специалисты в данной области техники могут предложить другие варианты осуществления. Чертежи и подробное описание следует рассматривать как иллюстративные по природе и не ограничительные.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - общая схема, демонстрирующая мобильное устройство, которое осуществляет связь с сотовой телефонной сетью и спутниковой системой определения положения.

Фиг.2 - участки устройства мобильной связи согласно принципам настоящего изобретения.

Фиг.3 - временная шкала измерений, принимаемых от различных спутников спутниковой системы определения положения.

Фиг.4 - логическая блок-схема иллюстративного способа определения положения мобильного устройства согласно принципам настоящего изобретения.

Фиг.5 - диаграмма, демонстрирующая повышение производительности благодаря использованию моделирования методом Монте-Карло, объединенного по множественным местам.

Фиг.6 - дополнительное уточнение усовершенствованного способа сшивания фильтров Калмана.

Фиг.7 - гипотетический пример, когда сеанс имеет тайм-аут в 16 секунд.

Фиг.8 - гипотетический случай, когда после захвата лишь 2 спутников можно получить усовершенствованное исходное положение до получения измерений от 3 разных спутников.

Фиг.9 - гипотетический случай, когда время GPS невозможно получить раньше, чем около 20 секунд после начала сеанса.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Подробное описание, приведенное ниже совместно с прилагаемыми чертежами, призвано описывать различные варианты осуществления настоящего изобретения и не призвано представлять только варианты осуществления, в которых настоящее изобретение можно осуществлять на практике. Каждый вариант осуществления, описанный в этом раскрытии, представляет собой лишь пример или иллюстрацию настоящего изобретения и не обязательно является предпочтительным или преимущественным над другими вариантами осуществления. Подробное описание включает в себя конкретные детали в целях обеспечения полного понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение можно осуществлять на практике без этих конкретных деталей. В ряде случаев общеизвестные структуры и устройства показаны в виде блок-схемы, чтобы не затемнять принципы настоящего изобретения. Акронимы и другие специальные термины могут использоваться лишь для удобства и ясности и не призваны ограничивать объем изобретения. Кроме того, в целях этого раскрытия термин "присоединенный" означает "подключенный", и такое подключение может быть прямым, когда это применимо в контексте, или косвенным, например, через промежуточные или переходные устройства и другие средства.

Согласно фиг.1, мобильное устройство 104 может иметь вид любого из различных мобильных приемников, способных принимать навигационные сигналы (например, навигационные сигналы 110 спутников или сигналы 112 беспроводной связи) от опорных станций, например спутников 106 и/или базовых станций 108, для вычисления решения относительно положения. Примеры включают в себя мобильный телефон, карманный навигационный приемник, приемник, установленный на транспортном средстве, например самолете, автомобиле, грузовике, танке, корабле и т.п. Базовые станции 108 могут осуществлять связь с мобильным устройством 104 согласно любому из нескольких протоколов беспроводной связи. Один распространенный протокол беспроводной связи представляет собой протокол множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), в котором мобильная связь одновременно осуществляется в радиочастотном (РЧ) спектре. В среде CDMA, методы можно рассматривать как механизм расширенной усовершенствованной трилатерации на основе сигналов прямой линии связи (AFLT). Другие примеры включают в себя Глобальную систему мобильной связи (GSM), в которой используется узкополосный режим множественного доступа с временным разделением (TDMA) для передачи данных, и общая радиослужба пакетной передачи (GPRS). В некоторых вариантах осуществления, мобильное устройство 104 может объединять в себе приемник GPS и устройство беспроводной связи для передачи речи или данных. Таким образом, хотя в этом документе описан конкретный пример системы GPS, принципы и подходы настоящего изобретения применимы к любой спутниковой системе определения положения или наземной системе определения положения, например беспроводной сети.

Мобильное устройство 104 вычисляет решение определения положения на основании сигналов 110, 112, принятых от спутников 106 и базовых станций 108, соответственно. Мобильное устройство 104 принимает сигналы 110 со спутников 106, находящихся в пределах прямой видимости, и измеряет расстояние от каждого спутника путем измерения времени, необходимого для распространения каждого сигнала от соответствующего спутника к мобильному устройству 104, для определения измерения псевдодальности. Аналогично, мобильное устройство 104 также может принимать сигналы 112 от базовых станций 108 системы беспроводной связи 107 и измерять расстояния от базовых станций 108 на основании времени, необходимого для распространения каждого беспроводного сигнала от базовых станций к мобильному устройству. Мобильное устройство 104 обычно находит переменные положения и времени на основании измерений.

На фиг.2 показана блок-схема участков устройства мобильной связи 104 согласно принципам изобретения, которые относятся к определению положения мобильного устройства 104. Мобильное устройство 104 может включать в себя антенну 220, способную принимать сигналы от спутниковой навигационной системы или спутниковой системы определения положения, и другую антенну 206, способную принимать сигналы от наземной сети связи. Эти сигналы поступают на процессор 202, который включает в себя программные и аппаратные компоненты, обеспечивающие функции обработки сигнала в отношении сигналов. В частности, фильтр Калмана 204 реализован в составе мобильного устройства 104, который осуществляет функции определения положения мобильного устройства 104.

Как известно из уровня техники, фильтр определения положения, например фильтр Калмана 204, принимает входные измерения и реализует алгоритм нахождения нужных переменных на основании входных измерений и исторического состояния системы. Память, хотя и не показана, часто используется для хранения информации состояния и значений ковариационной матрицы для фильтра Калмана, которые обеспечивают меру ошибки, или определенности, оценок состояния, обеспечиваемых фильтром Калмана.

Мобильное устройство 104 может представлять собой, например, сотовый телефон или аналогичное устройство мобильной связи. Соответственно, существуют дополнительные функциональные блоки и устройства, которые являются частью мобильного устройства 104, которые не показаны на фиг.2. Эти дополнительные блоки и/или устройства обычно связаны с обработкой сигналов, поступающих от антенн 206, 220; обеспечением пользовательского интерфейса, обеспечением речевой связи; обеспечением передачи данных и другими аналогичными функциями. Многие из этих функциональных блоков и устройств не связаны непосредственно с определением положения и поэтому не включены, чтобы не затемнять принципы настоящего изобретения.

Как было кратко объяснено выше, сигналы обычно принимаются со спутников посредством антенны 220. Затем эти сигналы декодируются и преобразуются в информацию положения с использованием общеизвестных алгоритмов и методов. В прошлом, для генерации засечки положения требовались сигналы от, по меньшей мере, трех спутников в течение одного периода измерения, с использованием модели взвешенных наименьших квадратов (WLS), которую можно использовать для инициализации фильтра Калмана 204. После инициализации фильтра Калмана можно продолжать вырабатывать оценки положения на основании дальнейших измерений GPS. На фиг.3 показан сценарий, в котором измерения GPS 302 (от 1, 2 или 3 спутников) принимаются в течение отдельных периодов измерения 300 и ни одно из самых ранних измерений не включает в себя одновременные сигналы от трех разных спутников. Таким образом, несмотря на постоянное получение сигналов, которые включают в себя информацию положения, фильтр Калмана, используемый ранее, невозможно было инициализировать до получения измерений GPS от трех разных спутников в течение одного периода измерения (что обычно происходит в момент 306).

Напротив, варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают использование информации определения положения, полученной в течение разных периодов измерения, для инициализации фильтра Калмана. Таким образом, три разных измерения из множественных неодновременных периодов измерения доступны в момент 304 (значительно более ранний, чем момент 306), и фильтр Калмана способен обеспечивать засечку хорошего качества в более ранний момент времени. Предыдущее объяснение опирается на предположение, что для генерации засечки положения приемника требуются только три спутниковых сигнала измерения. Это предположение базируется на информации высоты, которая доступна из альтернативных источников, например сети связи и пр. Альтернативно, если информация высоты недоступна, тот же принцип применяется для четырех спутников, вместо трех.

Еще до того как станут доступны три спутниковых измерения определения положения, варианты осуществления настоящего изобретения могут использовать два измерения для значительного улучшения оценки на основании начального положения. Например, используя измерения от двух спутников, можно обеспечить оценку горизонтального положения, которая обычно, по меньшей мере, на 30% точнее начального положения и часто находится в пределах 100-500 метров.

На фиг.4 показана логическая блок-схема иллюстративного способа использования разных спутниковых измерений для обеспечения информации положения согласно принципам настоящего изобретения. На этапе 402, мобильное устройство начинает получать любую информацию, позволяющую определить положение, которая доступна из сети связи или из памяти. Например, высота в пределах 50 метров может быть доступна, как и положение в пределах нескольких сотен метров, при наличии вспомогательной системы GPS. Затем, на этапе 404, эта информация используется для инициализации состояния фильтра Калмана и ковариационной матрицы. Фильтр Калмана способен обеспечивать прогнозирование положения и скорости, а также корректировать предыдущий прогноз для обеспечения текущих положения и скорости. Таким образом, сеть связи, память устройства или другие источники могут обеспечивать начальное положение и оценки ошибки, которые задают начальное состояние фильтра Калмана.

Затем, на этапе 406, состояние фильтра Калмана и ковариационная матрица обновляются любой информацией положения, полученной от любого спутника. Например, если положение мобильного устройства на относительно малом участке земной поверхности (например, в секторе соты беспроводной сети) известно, то информацию псевдодальности от двух спутников можно использовать для идентификации сравнительно короткого прямолинейного отрезка, на котором располагается мобильное устройство. В порядке внутренней работы фильтра Калмана, ковариационные матрицы автоматически обновляются, и эти обновления отражают новую оценку ошибки для прогнозируемых значений. Таким образом, фильтр Калмана обеспечивает оценку, например, на этапе 408 широты и долготы мобильного устройства совместно с оценкой ошибки или неопределенности. Кроме того, фильтр Калмана обеспечивает высоту мобильного устройства. На этапе 409 производится тестирование для определения, отвечают ли оценочные ошибки требованиям приложения. Если да, осуществляется переход к этапу 410, на котором приложению передаются оценочные значения широты, долготы и высоты. Если нет, осуществляется возврат к этапу 406. Специалисту в данной области техники очевидно, что различные математические манипуляции и преобразования координат можно осуществлять, чтобы гарантировать надлежащий формат загружаемой и обновляемой информации о состоянии и ковариационных матриц.

На фиг.5 показана диаграмма, демонстрирующая повышение производительности благодаря использованию моделирования методом Монте-Карло, объединенного по множественным местам. Горизонтальная ошибка (HE) для 68-го процентиля снижается с 333 м для WLS до 124 м для сшивания ФК. HE для 95-го процентиля снижается с 942 м для WLS до 838 м для сшивания ФК.

Согласно фиг.3, измерения GPS из последовательных периодов можно использовать для уменьшения ошибки (через фильтр Калмана) даже в отсутствие данных от других спутников. Таким образом, например, фильтр Калмана может использовать два соседних измерения от спутника "1" даже в отсутствие информации от другого спутника. В конечном итоге, при получении информации от дополнительных спутников оценку от фильтра Калмана можно обновлять, соответственно, несмотря на то, что измерения не были приняты в течение одного и того же периода измерения. Наконец, после достаточного количества обновлений, фильтр Калмана сможет предсказать положение и скорость на уровне неопределенности, приемлемом для приложения.

Дополнительное уточнение усовершенствованного способа сшивания фильтров Калмана показано на фиг.6. Верхняя схема иллюстрирует традиционный сценарий временной шкалы измерения GPS для мобильного приемника, где фильтр Калмана невозможно инициализировать без, по меньшей мере, 3 одновременных измерений GPS. Засечка положения методом WLS с использованием 3 спутников необходима для запуска процесса оценивания ФК, который в этом гипотетическом примере происходит примерно через 30 секунд после начала сеанса. Затем ФК продолжает обновлять засечки положения, даже если в данный период доступно менее 3 спутниковых измерений. Напротив, нижняя схема показывает сценарий временной шкалы измерения GPS согласно изобретению, где фильтр Калмана может вырабатывать решение относительно положения с качеством, типичным для GPS, при наличии 3 неодновременных измерений GPS с использованием возможностей "сшивания", предусмотренных настоящим изобретением. В этом случае, процесс оценивания ФК начинается примерно через 10 секунд после начала сеанса, когда, по меньшей мере, 3 спутника успешно наблюдаются, хотя и в разные периоды. Кроме того, после этой успешной инициализации ФК продолжает обновлять засечки положения, даже если в данный период доступно менее 3 спутниковых измерений.

Таким образом, усовершенствованный способ сшивания ФК, проиллюстрированный выше, позволяет значительно сократить время до первой засечки для мобильных приемников GPS в неблагоприятных условиях распространения сигнала. Кроме того, как описано выше, можно добиться повышенной точности определения горизонтального положения.

Еще одно преимущество этого изобретения состоит в улучшенном получении решения в неблагоприятных условиях распространения сигнала. Например, на фиг.7 показан тот же гипотетический пример, что и на фиг.6, но с добавлением гипотетического тайм-аута сеанса в 16 секунд. Традиционная засечка положения на основании оценки WLS не достигает правильного положения до засечки тайм-аут вследствие ее задержки около 30 секунд. С другой стороны, начальная засечка положения на основании сшивания ФК согласно этому изобретению может достигать правильной засечки за время, меньшее предела тайм-аута. Таким образом, этот способ может обеспечивать более высокую вероятность успешной засечки положения для мобильных приемников GPS в трудных условиях распространения сигнала.

Другим аспектом этого изобретения является улучшение в неопределенности исходного положения с использованием линии положения 2-GPS. На фиг.8 показан гипотетический случай, когда после захвата лишь 2 спутников можно получить усовершенствованное исходное положение до получения измерений от 3 разных спутников. Эта особенность основана на геометрическом свойстве, состоящем в том, что определение трехмерного положения, имеющее два правильных измерения псевдодальности плюс высота, приводит к одномерной линии решения относительно положения. Это решение имеет только одну остаточную степень свободы по сравнению с полной засечкой положения, что приводит к снижению линейно неопределенности и существенному снижению неопределенности по площади по сравнению с исходным положением.

Еще один пример преимуществ этого изобретения состоит в том, что, если точное время GPS неизвестно в начале сеанса, можно использовать обратное распространение для использования прежних, сохраненных, измерений после получения точного времени GPS (с точностью до долей миллисекунды). Например, на фиг.9 показан гипотетический случай, когда время GPS невозможно получить раньше, чем около 20 секунд после начала сеанса. Другими словами, первый набор измерений дальности GPS можно получить и сохранить, но не сразу использовать, из-за недостатка информации время GPS. После определения времени GPS устанавливается соотношение между местным временем и временем GPS, после чего ранее сохраненные измерения GPS можно связать с точным временем GPS и обработку обратного распространения можно использовать для извлечения ранее сохраненных данных для усовершенствованного определения положения. Таким образом, обратное распространение позволяет приемнику GPS полностью использовать все правильные спутниковые измерения GPS, даже если время GPS не получено сразу, что приводит к повышению производительности и точности.

Еще один пример преимуществ этого изобретения состоит в том, что, если точные эфемеридные данные спутника недоступны в начале сеанса, можно использовать обратное распространение для использования прежних, сохраненных, измерений после получения точных эфемерид. После получения эфемеридных данных положение спутника известно, и затем ранее сохраненные измерения GPS можно связать с точными эфемеридными данными спутника и обработку обратного распространения можно использовать для извлечения ранее сохраненных данных для усовершенствованного определения положения. Таким образом, обратное распространение позволяет приемнику GPS полностью использовать все правильные спутниковые измерения GPS, даже если эфемеридные данные спутника не получены сразу, что приводит к повышению производительности и точности.

На практике, информация положения фильтра Калмана передается, на этапе 410, одному или нескольким приложениям, которые могут выполняться на мобильном устройстве. Например, службы на основе положения, например местная служба погоды, могут использовать оценки положения с неопределенностью порядка километра или более. Напротив, службы "911" могут требовать, чтобы определенность оценок положения достигала 50 метров или менее. Соответственно, оценки положения (и скорости) можно передавать приложениями совместно с любыми оценками неопределенности или ошибки. Таким образом, каждое приложение может выбирать, достаточна ли оценка положения от фильтра Калмана для его требований.

Описанные здесь методы вещания разных типов передачи в эфире можно реализовать различными средствами. Например, эти методы можно реализовать в оборудовании, программном обеспечении или их комбинации. Для аппаратной реализации, устройства обработки на базовой станции, используемой для вещания разных типов передачи, можно реализовать в одной(м) или нескольких специализированных интегральных схемах (ASIC), цифровых сигнальных процессорах (DSP), устройствах цифровой обработки сигнала (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), вентильных матрицах, программируемых пользователем (FPGA), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных устройствах, способных осуществлять описанные здесь функции, или их комбинациях. Устройства обработки на беспроводном устройстве, используемом для приема разных типов передачи, также можно реализовать в одной(м) или нескольких ASIC, DSP и т.д.

Для программной реализации, описанные здесь методы можно реализовать посредством модулей (например, процедур, функций и т.д.), которые осуществляют описанные здесь функции. Программные коды могут храниться в запоминающем устройстве и выполняться процессором. Запоминающее устройство можно реализовать в процессоре или вне процессора, в каковом случае оно может присоединяться к процессору с возможностью обмена данными через различные средства, известные в технике.

Вышеприведенное описание позволяет специалистам в данной области техники применять на практике различные описанные здесь варианты осуществления. Специалисту в данной области должны быть очевидны различные модификации этих вариантов осуществления, и раскрытые здесь общие принципы можно применять к другим вариантам осуществления. Таким образом, формула изобретения не должна ограничиваться представленными здесь вариантами осуществления, но подлежит рассмотрению в полном объеме, согласующемся с языком формулы изобретения, где упоминание элемента в единственном числе не означает "один и только один", если конкретно не указано обратное, но означает "один или несколько." Все структурные и функциональные эквиваленты элементов различных вариантов осуществления, описанных в этом раскрытии, которые известны или станут известны позже специалистам в данной области техники, в явном виде включены сюда посредством ссылки и подлежат охвату формулой изобретения. Кроме того, раскрытая здесь информация не подлежит публичному оглашению независимо от того, упомянуто ли явно такое раскрытие в формуле изобретения. Ни один элемент формулы изобретения не подлежит толкованию согласно положениям 35 U.S.C. §112, параграф шесть, если элемент не упомянут явно с использованием выражения "средство для", или, применительно к пункту способа, элемент не упомянут с использованием выражения "этап, на котором".