專利名稱：通訊定位系統(tǒng)的制作方法
此項發(fā)明旨在確定一蜂窩或蜂窩式通訊系統(tǒng)中的一部分的移動無線通信發(fā)送器的地理位置，以利于能夠施行或由此位置信息支持對緊急事件的反應(yīng)、道路協(xié)助及交通監(jiān)視。
蜂窩式電話系統(tǒng)現(xiàn)在已有充分條件使用于無線電話通訊中，現(xiàn)今的蜂窩式電話的操作原理是屬于分頻多路存取的模擬系統(tǒng)式的(FDMA)。數(shù)字科技包括分時多路存取(TDMA)或是分碼多路存取(CDMA)，可提供較大的容量并且可讓更多使用者同時使用蜂窩電話服務(wù)。此外，蜂窩狀的通訊系統(tǒng)，例如個人通訊系統(tǒng)(PCS)，可更加提高使用無線通訊網(wǎng)絡(luò)人總?cè)藬?shù)。
蜂窩式電話或是蜂窩狀通訊系統(tǒng)包括多個由固定基地站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)提供了一個整體的通訊服務(wù)給多個移動式的發(fā)射器/接收器(收發(fā)兩用機)，例如蜂窩式電話。此一通訊網(wǎng)絡(luò)從可提供理想通訊的基地站，嘗試去與收發(fā)機作傳輸，這理想的基地點通常，但并不一定，是最靠近移動式收發(fā)機的一個基地站，為了達成提供最理想的傳輸協(xié)助，此一網(wǎng)絡(luò)所需的只能決定去使用那一基地站的定位準(zhǔn)確度，并不需要有任何再高的定位準(zhǔn)確性。
現(xiàn)有的蜂窩式電話或蜂窩狀通訊系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)的無法準(zhǔn)確地決定出移動式發(fā)射機的位置，這在緊急情況中是一項嚴(yán)重的缺點，例如，在洛杉機地區(qū)，公安官員估計，今天用蜂窩電話打電話要求幫助(9-1-1)的人士，有四分之一并不知道當(dāng)他們打電話時的所在地，花在找出他們地點的時間，拖延了那些緊急協(xié)助單位，例如，警察局或是救護車服務(wù)，其他的報導(dǎo)也顯示，在美國有高過百分之六十的交通事均發(fā)生在郊區(qū)，由于不確定詳細地點而造成延誤，在郊區(qū)提供緊急服務(wù)的處理上，也導(dǎo)致較長的反應(yīng)時間。
對移動無線收發(fā)兩用機的定位在許多年前就已有多種方式可解決了，但是都僅限于對蜂窩式電話或類似蜂窩式通訊系統(tǒng)之外的系統(tǒng)，對于應(yīng)用在大規(guī)模的移動無線收發(fā)兩用機的定位系統(tǒng)的實施上實際的困難在于修改以下二種東西所需的成本一、收發(fā)兩用機；二、用來決定移動式收發(fā)兩用機所需的通訊網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)今所有的收發(fā)兩用機很少，甚至完全沒有，被用來當(dāng)作對緊急事件或道路協(xié)助上的發(fā)射信號之用，因此，收發(fā)機的提供廠商以及通訊網(wǎng)絡(luò)的操作人員并不會有很大的經(jīng)濟上的誘因去使他們提高極少使用的服務(wù)，在無政府法令的限制下，雖然在短期內(nèi)無利可圖，緊急事件及道路協(xié)助的服務(wù)在對提供及加強個人及公安安全上的價值是毫無疑問的，對日益猖獗的暴力事件及相關(guān)對人身安全的憂慮，以一移動式通訊系統(tǒng)的方式來改善是一項有價值的政策目標(biāo)，且此目標(biāo)對于提供給用戶，網(wǎng)絡(luò)操作者及一般大眾廣泛的利益有著極大的潛力，然而，實現(xiàn)這項目標(biāo)，雖然是一個極重要且有價值的目標(biāo)，只需要一個實際、不昂貴而包含以下幾種功能的基本設(shè)施查出需要協(xié)助的人士們、與他們作通訊聯(lián)絡(luò)以及提供給負責(zé)協(xié)助的單位他們的地理位置。
今天在提供緊急或道路協(xié)助之外的應(yīng)用上已有技術(shù)可準(zhǔn)確地決定出人們的位置，譬如說，利用衛(wèi)星的環(huán)球定位系統(tǒng)(GPS)，利用一特殊目的的接收器去接收從衛(wèi)星發(fā)射出來的無線GPS信號可決定出GPS信號接收點的位置，但是，如利用GPS來取得一通訊收發(fā)機的位置，移動收發(fā)機必須要包含一個GPS接收器，而GPS接收器卻十分昂貴，即使他們的價格因大量生產(chǎn)得以降低，GPS接收器仍必須整合進現(xiàn)有的或是將來的移動收發(fā)機，基于此項服務(wù)的罕用及大量移動式收發(fā)機均需定位的能力；所需的成本中幾乎使此一解決辦法不可行。
另有些存在的技術(shù)可藉被動式的監(jiān)督移動式通訊收發(fā)機來找出它們的位置，然而，這些技術(shù)在求得其位置并未將由多路干擾所造成的位置誤差考慮進去，多路效應(yīng)是因為無線電信號在碰到例如車輛、建筑或山丘等物體時會彈回引起的，如不考慮這些效應(yīng)，接發(fā)機的位置將會有誤差，多種傳播在短波長無線電通訊上是非常普通的，因為相當(dāng)小的物體就可使相當(dāng)大量的傳輸信號產(chǎn)生反射，而且，這種現(xiàn)象普遍發(fā)生在有建筑物可反射信號的都市內(nèi)，這種極有可能，在求取移動式收發(fā)器的位置時，經(jīng)由多路效應(yīng)而產(chǎn)生的偏差，是在以被動方式去定出無線電發(fā)送器位置的應(yīng)用上必須要強調(diào)的一個問題。
如能利用信號分析及來源定位程序來修正在求得正確位置時的誤差，多路傳播的現(xiàn)象并不一定會阻礙對收發(fā)機的定位，例如，美國專利編號4728959，其發(fā)明人Maloney證明了如何可將方位尋找程序，也就是信號到達時的方位可被估算，使用在有二個或以上的接收站的情形，如在此專利中所描述的以被動監(jiān)督通訊信號來決定位置是一項極優(yōu)越的應(yīng)用，因為此系統(tǒng)可定出在服務(wù)范圍內(nèi)的移動收發(fā)機的位置，只要此網(wǎng)絡(luò)涵蓋范圍內(nèi)有至少二個確定位置的接收站，這種方向?qū)ふ业姆绞奖绕鹌渌淖鞣▉淼煤唵味譁?zhǔn)確。然而，需要在多于一處接收站同時接收一共同信號的要求可能會使得這種方式的復(fù)雜難度及成本超過一段蜂窩式電話公司或是PCS公司現(xiàn)在或?qū)碓敢饨邮艿摹?br> 常常，除了方向性的數(shù)據(jù)可經(jīng)由所接收到信號的特征中所求得其他有關(guān)移動或無線也收發(fā)機位置的信息也可能同時得到。譬如說，在一個用作提供緊急路邊協(xié)助的系統(tǒng)里，我們可以假設(shè)那位請求協(xié)助的人士是在某條路上或接近某條路的一輛車?yán)?，此一假設(shè)可經(jīng)由向此人是否在路上而求得證實，這種額外的地理上的或是拓撲的信息，在此叫做“并行的信息”，是在正常情況下車輛調(diào)度人無法得到的一種信息，將并行信息與方向性信息結(jié)合在一起，即使在只有一個基地站的情況下，也可決定出移動無線電收發(fā)機的位置好到足以使調(diào)度車輛能夠提供緊急及路邊協(xié)助的服務(wù)及利用在其他基地所接收到的無線電傳輸信號的特征來求得該收發(fā)機的位置就并不重要了，而額外基地站的要求也變得是多余了，然而，至今尚無任何建議利用此并行信息來去除需要額外基地站的要求。
監(jiān)督位于車輛內(nèi)的移動式收發(fā)機除了能夠加速求救時的反應(yīng)時間之外，還有其他的好處，其中之一就是能夠在符合經(jīng)濟效益情況下來監(jiān)督交通流量，因缺乏詳細計劃而產(chǎn)生的交通事故(交通擁擠)，將公路阻塞甚而造成在安全上、環(huán)境上及經(jīng)濟上極嚴(yán)重的影響，信息交通的多少在一主要大都市區(qū)域內(nèi)可算是一種間接信息，此信息可與所測得的位置及與速度有關(guān)及拓撲性的(例如道路地圖)等信息結(jié)合起來而顯示出那些路可通行，那些路已阻塞了，然而，交通流量的信息，就好象緊急事件處理以及路旁協(xié)助一樣，并非是要建立此一通訊系統(tǒng)的最主要原因，因此目前此信息并未提供，為了提供交通流量的信息而增加設(shè)備到通訊基本設(shè)施中所需的成本，只有在只需最少量基本設(shè)施改進的情況下才可能讓那些通訊公司接受。
今天，已有技術(shù)可對供應(yīng)準(zhǔn)確的地理位置給緊急及路旁協(xié)助的相關(guān)人士提供部分及整體的解決辦法，然而，這些系統(tǒng)都需要不同接收站同時接收該無線電波的信息，或是需依賴位于通訊收發(fā)機之外的儀器所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息，還沒有任何系統(tǒng)嘗試去利用所偵測到的方向性信息加上譬如說街道圖之類的并行信息求得位置信息。因此，發(fā)明此專利的其中一目的就是能提供一個既簡單又有效的方法能在任一無線通訊系統(tǒng)中去認出且定位出一個移動式無線收發(fā)機，而這一無線通訊系統(tǒng)包括那些已經(jīng)存在的或已在計劃中的系統(tǒng)，例如個人通訊系統(tǒng)(PCSs)、蜂窩式電話、特殊移動式無線電(SMRs)以及個人數(shù)字式輔助器(PDAs)。這項發(fā)明的另一目的是能提供一自動的位置代號(ALI)以及一自動的數(shù)字代號(ANI)以期全國及全球性都市及郊區(qū)的緊急通報及人身安全，以及藉助從接收到的無線電波所得到的信息加上從街道圖、用戶的描述及其他消息來源的并行信息等等都能夠較容易地付諸實現(xiàn)。
這項發(fā)明的其他目的還包括提供一種系統(tǒng)，使得定位及鑒別的功能能夠成為在對全國及全球無線電加強式9-1-1(E9-1-1)緊急情況或例行的路邊協(xié)助通知的通訊系統(tǒng)中的副產(chǎn)品；偵測路上車輛速度及提供一般性的交通消息如交通阻塞及流量的分析在一即容易實施且又不需太多費用建造的一個系統(tǒng)中提供此一功能；去提供一項系統(tǒng)具有可移動性的特性且可被用來暫時性地偵測局部性區(qū)域如道路施工地區(qū)或是特殊事件場所如運動競賽、展覽、或音樂會；提供一套步驟及特性以建立起一即便宜又堅固而附屬于通訊系統(tǒng)中且可用來定位及鑒別的系統(tǒng)。
這個發(fā)明提供了一種裝置可用來在一個包含一固定地點的傳感站的無線電通信系統(tǒng)中來對一移動式無線電通訊收發(fā)機進行定位，傳感站利用一對方位敏感的接收天線來接收從移動式收發(fā)機傳來的無線電信號，一信號特征處理單元來決定出一條從傳感站到移動式無線收發(fā)機的方位角，一些有關(guān)移動收發(fā)機的并行信息，一多維參數(shù)關(guān)聯(lián)處理單元經(jīng)由方位角信息及并行信息來決定出北移動收發(fā)機的可能位置。
這項專利發(fā)明由一能夠以被動式來監(jiān)督從移動收發(fā)機傳出的信號的一簡化系統(tǒng)來在一個蜂窩式電話或蜂窩狀通訊系統(tǒng)中找出移動式無線電收發(fā)機的位置。在這項發(fā)明里，經(jīng)由一已知位置的單一接收站處理后，可決定出到此移動式收發(fā)機的一條方位線(也就是從接收站發(fā)出一方位角)，然后這條方位線便可與并行信息結(jié)合以求得這收發(fā)機的可能位置。這項發(fā)明在道路交通上有著特殊的實用性，因為它使得緊急處理及路邊協(xié)助容易達成，而且它也可被動地來監(jiān)督交通流量，并行信息包含了所有從無線電方位方式之外而得到的位置信息，這些信息可包括在基地站附近地區(qū)道路圖的拓撲信息，或是其他的信息，例如所求得的載有該收發(fā)機車輛的速度，或是經(jīng)由與該發(fā)話者通話或是從發(fā)話者所在地儀器得來的一些信息。
這項發(fā)明并不要求必需有二個或二個以上的基地站的位置相交來進行定位；一個基地站就足夠了，這種功能在一個CDMA的通訊網(wǎng)絡(luò)中有特殊的用處，在CDMA之下，網(wǎng)絡(luò)負載量可經(jīng)由動力功率控制使得只有一基地站會收到任一收發(fā)機的傳輸信號而提高，然而，在此一發(fā)明中并非表示不可以多于一個基地站的方式來增加所定位的準(zhǔn)確性或是在無任何并行信息的情況下去定位，這種只需單一基地站來定位的方式在對提供緊急協(xié)助上有著特別的好處，譬如，單一基地站的接收可應(yīng)用在更多的場合，需要較少的基本設(shè)施，且大大地降低成本，此項方式的并行信息更能指出在沿著所測得方位線上移動收發(fā)機的確實地點。這項發(fā)明也提供了一種方法及裝置，來在一含有一確定地點的傳感站的通訊系統(tǒng)中定出移動式無線電收發(fā)機的位置，提供了一個方法及步驟來決定出從傳感站到移動式無線電通訊收發(fā)機的方位線，以及提供了一個方法及步驟結(jié)合并行信息與這個方位線來決定出這個移動無線電收發(fā)機的位置。
這項發(fā)明有一好處能夠在不需加上或與其他特殊目的裝置，例如一GPS接收器，相結(jié)合的情況下去定出一移動式無線電收發(fā)機的位置，的確，這項發(fā)明實現(xiàn)了對所有現(xiàn)存的蜂窩電話的定位，以這種方式來定位一開始所需成本不高，這種開頭成本低的情形即表示此一系統(tǒng)可較快地開始被使用，所以消費者也能較快地，以較少的花費享受到它的好處。


圖1示出這項發(fā)明經(jīng)由方向性信息與道路網(wǎng)地圖中的位置信息的關(guān)聯(lián)可定位出一個蜂窩電話收發(fā)機的位置。
圖2顯示出由圖一中的方向線與相關(guān)道路的交點的一放大圖。
圖3示出了在正常的通訊操作中，該系統(tǒng)各功能組成部份，而此系統(tǒng)經(jīng)由方向性及其他信號特征的信息與從其他來源得到的并行信息來求得無線電收發(fā)機的位置。
圖4展示了經(jīng)由方向性數(shù)據(jù)測量與一條有蜂窩電話行徑之路的交集，可用來求得其速度以及對進行方向的預(yù)測。
圖5顯示了一具有圖3中所列成份的系統(tǒng)組態(tài)。
圖1中解釋了這項發(fā)明如何能決定了移動式收發(fā)機的位置。在圖1中所示出的并行信息是在美國弗吉尼亞州安那代爾的一部分的街道圖以及一個蜂窩電話的移動式無線電收發(fā)機，一個載有蜂窩電話的車輛正位于定位區(qū)域1里沿著2號公路(弗吉尼亞(VA)50號路)位于十號傳感站的方向性天線在不同時間中決定出一系列的方位線3-8。
這些方位線3-8然后便覆在標(biāo)示為20號代表區(qū)域街道圖的拓撲信息上，這些數(shù)字式的都市街道圖的數(shù)據(jù)，可很容易地從一些地方得到，例如ETAKInc.位于加州的蒙羅公園、Navigation Technologies位于加州的太陽谷、Roadnet Technologies，Inc.位于馬里蘭州的帝撲尼、或是美國商業(yè)部人口局，全華盛頓特區(qū)，這些地圖以移動式無線電話收發(fā)機工作區(qū)域的拓撲方式來代表并行信息，這項發(fā)明由使用此一并行信息去使得控制站(圖1中的10)去利用僅從一個傳感站得到的方向數(shù)據(jù)以及并行信息去決定在區(qū)域1中工作的移動式無線電收發(fā)機的位置。
圖2示出了一個在圖1中定位區(qū)域1的擴大圖，方位線3-8與街道標(biāo)示9號(Parkwood Terance)及11號(Marc Drive)相交，從3-8中的任一條方位線，才可能決定出此一移動式收發(fā)機是位于街道2，9或11中的哪一條上。然而，任二條方位線，例如3和4，可提供一弧長，代表著此一移動式收發(fā)機在區(qū)域1中所占的地理上的距離。對一傳輸中此蜂窩電話以高行駛速度，例如80公里/時，即表示此一移動式收發(fā)機是在主要干道2(VA50號公路)，而不是在那些9號及11號的小路上，這些小路所標(biāo)示的速限，40公里/時(25英里/小時)是所測得速度的半，因此，藉著利用以相對速限或是平均速度分配的形式得來并行信息，12號控制站可以得知在哪一條路上標(biāo)示適當(dāng)?shù)亩ㄎ粎^(qū)域1。
在前一個例子里，僅從方位線上來看，也好象是10號控制站無法決定出此移動收發(fā)機是位于2號干道或是其他的街道，例如9號或11號，除非知道此一收發(fā)機以高速度來移動，為了對固定式收發(fā)機的定位，緊急事件(9-1-1)的協(xié)助就需其它并行信息，例如，協(xié)助車輛調(diào)度人可經(jīng)由訊問當(dāng)事人是否在主要道路上來得到其他的信息，如果不是，便去尋求其他描述性的信息，例如街道名稱或是已知路標(biāo)使其可以分辨出是9號或是11號路，從這些數(shù)據(jù)中所含的地理性信息，加上從方位線測量中所得的位置性信息，收發(fā)機的位置便可被定出。
此外，如已知車輛移動緩慢，在監(jiān)督交通流量上也有意義。甚于一般的交通特征，10號控制站可假設(shè)大多數(shù)和從1號區(qū)域發(fā)出的電話都是從2號干道上發(fā)出的，這些收發(fā)機都會有著類似標(biāo)示出的速限的速度特征，如由這些收發(fā)機所觀測出的速度明顯地低于1號區(qū)域附近的正常道路情形，此一信息即表示2號干道有不正常的阻塞情形發(fā)生，交通警告便可被啟用來表示有阻塞的情形發(fā)生，而且，緊急事件或其他服務(wù)性車輛便可被派遣去調(diào)查阻塞的發(fā)生地點，假如有意外發(fā)生的話，所以這些功能均不需要除了方位線的求得時間以及正常路況特征之外的額外信息，但是如有的話，將會更好。
圖3中描繪出了此一發(fā)明系統(tǒng)方塊圖，第30號傳感器副系統(tǒng)包含了一個被連接到一信號特征處理單位32的射頻天線31，此射頻天線是一種方向性的天線，被設(shè)計用來求得輸入信號的方向角(方位線)之用，一種用來求取這些測量值的相位天線陣列的基地站已出現(xiàn)于美國專利4,728,959的專利中而且在此被引用，這個信號特征處理單元32從射頻信號中找出信號到達時的方向角，并且定出此測量所達到的精確時間，在專利4,728,959中也描述了此一過程亦可由一些統(tǒng)計方法來完成。利用相位性天線陣列從接收到信號的特征所產(chǎn)生的相位差而完成，因為信號在不同的相位位置時通過不同的天線，因此依所到達的方向會呈現(xiàn)不同的相位，同樣地，這相位陣列方向的決定可藉利用這些天線單位間的信號相位差以及他們相對的能量分析來間接求得，或是當(dāng)這個相位差列成直線時將產(chǎn)生最大的合成信號能量來決定其方向，另外還有一個方法，就是可由機械性地旋轉(zhuǎn)一拋物性反射或集中天線來形成波束以求得在達到最大接收能量的方向測量。
此傳感器系統(tǒng)以被動式地來接收從無線電通訊系統(tǒng)32于正常狀況下所產(chǎn)生的射頻信號，然后將它們轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)35所需的信息，除了從接收到信號所得到此方向信息之外，我們也可得到被處理的信號的到達時間以及該收發(fā)機的鑒別，甚至一些并行性與位置有關(guān)的特征例如移動的方向，到達方向的改變速率、信號強度，甚至信號往返所需的時間，藉著延長對所獲取信號作方向性的分析所需的時間(亦即整體時間或“居住”時間)，這種程序除了可得到方位之外，也可得到其改變的速率，這種速率的改變可從延長的測量過程中得出，因為在測量過程中所作出的定方向的基本假設(shè)將不適用，而且在當(dāng)此信號是從移動無線電收發(fā)機發(fā)出的情況下會影響其測量準(zhǔn)確度、方向的改變率與通訊收發(fā)機的移動的切線速度有關(guān)。除了求得收發(fā)機位置的測量之外，此特征性處理可決定出接收到信號的能量(亦即無偏差信號的方差或平均二次方)，這信號能量代表出(經(jīng)由在以下所討論的信號傳播評估)從接收站到移動式收發(fā)機的范圍或距離，而信號能量或是其他能量變化特征的改變率，不但可代表收發(fā)機的徑向移動速度，也可顯示出那些與信號傳播在已知地理區(qū)域內(nèi)一并產(chǎn)生的阻礙或多路干擾的原因。一沒有被阻擋的信號其往返時間與從接收地至移動收發(fā)機的距離的二倍成正比，一接收到信號的所有可測量的物理特征是定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所測量的結(jié)果均與收發(fā)機的位置及移動有著已知的關(guān)聯(lián)性。
有關(guān)方位線及它們量得的時間有不定性的信息可經(jīng)由一個或多個傳感站而得到，然后被輸入一個多元參數(shù)關(guān)聯(lián)處理單元36，這個處理單元結(jié)合了方位線的信息及其他的由32，37或38所來的并行信息而決定車輛的位置，所謂的“并行信息”包含那些可加強方向性數(shù)據(jù)而經(jīng)由觀察得來的特征以及一些從移動無線電收發(fā)機發(fā)射的無線電波之外的來源所得到的信息。并行信息包含有關(guān)在移動收發(fā)機操作環(huán)境里的一些信息，例如，道路網(wǎng)的組態(tài)、地形上的特征及邊界、信號傳播特征、天氣及其對信號傳播及道路交通情況的影響的信息，也包含了口述的或其他有關(guān)道路編號、路名、速度、附近的陸標(biāo)等的描述，或是其他經(jīng)由移動收發(fā)機傳來的與位置相關(guān)的信息，道路及地形上的數(shù)據(jù)可經(jīng)由那些地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的代理商來取得，譬如在先前曾沸過的一些提供地圖數(shù)據(jù)的場商，其他代表著在數(shù)據(jù)庫中某段路的標(biāo)示速限的數(shù)據(jù)，通常也可從地圖數(shù)據(jù)制造商或是從州政府交通部門來取得，此外，在不同路段中的特征性的交通速度分配，以每天的時間、天氣狀況、星期里的哪一天、哪個季節(jié)來劃分，則通?？捎芍萁煌ú康睦袌?zhí)導(dǎo)的交通流量研究中來取得。另外，這些與位置有相關(guān)性的交通流量數(shù)據(jù)亦可經(jīng)由利用此專利經(jīng)由對流量有關(guān)的統(tǒng)計資料累積而得到，然后在當(dāng)數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計性精確度提高之后，可反復(fù)地修正這些資料，來更快速及可靠地得到結(jié)果。
信號強度(能量)及距離的關(guān)系是一種以信號傳輸特征為并行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫中得到的輔助信息，強度與距離間的基本關(guān)系是所接收到的信號強度或是能量與距離的平方成反比。然而，在一個以短波通訊為特征的多路環(huán)境中(例如蜂窩式系統(tǒng))，信號強度通常與距離的二次方至六次方成反比，而且與信號到達的方向及天氣狀況有著極大的關(guān)系，因此，以信號強度來當(dāng)作距離的指標(biāo)的作法完全在于包含強度至距離轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性，也就是所謂的信號傳輸特征，為了對信號能量以及從接收器到移動收發(fā)機的距離作一大約的關(guān)聯(lián)，信號傳播分析可經(jīng)用靜態(tài)或動態(tài)的射頻傳播估測的投影，這些信號傳播投影的有關(guān)電腦軟件設(shè)備可從Applied SpectrumResearch，in Boulaer，Colorado及C. E. T. Inc. inEdgewater，F(xiàn)lorida及Soft Wright in Denver，Colorado或H2A Commnicationin Mosow，Idaho等處得到。這些對信號傳播所作的分析可以如所期望地被用來解釋天氣影響、地表地?zé)釋W(xué)及地表組成以及與方向有關(guān)的干擾及背景雜音。
我們可利用對沿著信號到達的大概方向地形情況的了解來預(yù)測其對信號傳播的影響，另外，地理特征，如山丘或水界限制了可能位置的范圍，而使得收發(fā)可用已知方式來被定位，因此，這種有關(guān)地形的信息也可被用作并行信息來更有效地求出位置以及增加其準(zhǔn)確性。
在郊區(qū)，以利用方位線信息與以拓撲地圖對比(也就是將位置信息對應(yīng)至已知的地理位置如道路或其它的地形特征)的形式的并行信息相結(jié)合，被認為在大部分情況中足以能夠達到監(jiān)督沿著主要道路交通流量以及輔助緊急事件及路邊協(xié)助時的車輛派遣的功能，因為郊區(qū)一般情況下道路不多，使得從傳感站到移動收發(fā)機的一方位線足以唯一決定出此一移動式無線電收發(fā)機的可能地點。
在市區(qū)里，一般而言，僅有方位線以及市街地圖的信息并不足以去唯一地決定出移動式無線電收發(fā)機的位置，在這種情況下，就需要有額外的信息，此一發(fā)明考慮將并行信息應(yīng)用在一個基于知道的位置信息處理器38，該處理器可整形從其他來源來的信息，這些來源有地理的形態(tài)以及意外事件(9-1-1)協(xié)助中心作業(yè)，更對移動無線收發(fā)機的明顯位置或可能區(qū)域的判斷。
這項發(fā)明也會從無線電通訊系統(tǒng)中接收輔助性的描述性的信息，這由所接收到射頻信號所得到與位置有關(guān)的信息可藉著從無線電通訊系統(tǒng)34來的并行信息而加強，例如，射頻天線33可以為一最靠近遠處收發(fā)機，如蜂窩電話，的一個蜂窩電話系統(tǒng)的基地站，這個無線電通訊系統(tǒng)34負責(zé)對從遠處收發(fā)機傳來的通訊進行解調(diào)，由此無線電通訊系統(tǒng)收到的描述性的信息包括與位置有關(guān)的消息，例如以聲音來表達出此一傳輸信號是從路上車輛發(fā)出的或是此移動收發(fā)機所在道路的名稱，而這些信息可被轉(zhuǎn)換成象征性的代號而被用作并行信息去與所測得的方位線相結(jié)合后而用來定位，在需要協(xié)助的情況下(例如9-1-1電話)，接線生例行地會詢問發(fā)話人提供他們的電話號碼以及他們的地點，發(fā)話人如不知道他們所在地點仍能夠藉著電話來描述其周遭環(huán)境。因此，這項發(fā)明可協(xié)助那些操作生迅速得到相關(guān)信息以進而迅速地提供準(zhǔn)確的地點，藉著由發(fā)話人對道路編號或路名的表達，將該條路與所估的信號到達方向相交便可得到發(fā)話人的大概地點，如發(fā)話人不清楚所行駛的路線時，這個提供協(xié)助的操作員可以詢問出有關(guān)行駛速度以及沿著所觀測到的信號到達方向的明顯路標(biāo)的信息，這些所有與位置相關(guān)的信息，不論是經(jīng)由人為操作或是自動分析而得到，均可經(jīng)由圖象式的交流或是自動的地形描述來轉(zhuǎn)換成地理的形式，以被用來與所收到的信號特征關(guān)聯(lián)性的評估。
操作員或人文信息來源所具有的地理上的知識及了解，可藉著在人與配備有用來作自動化指引決定的圖象指引裝備的終端機間的圖象性的溝通而輸入。當(dāng)操作員看到一包含有相關(guān)道路的電腦驅(qū)動的地圖時，他可利用此圖象式的輸入器械去指出一大約的位置，或發(fā)話人的可能所在路上，或是一橢圓形或多邊形的可能地點，根據(jù)從通話中得到的描述，將位置結(jié)果從用地理展示中的平面投影座標(biāo)轉(zhuǎn)換成用在地航及定位參考系統(tǒng)中的地測學(xué)參考座標(biāo)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換公式可在美國地質(zhì)探堪學(xué)術(shù)報告1395，一篇名為“Map Projections-A Working Manual”，作者為John P.Snyder的報導(dǎo)中得到，在此被用作參考。
此外，操作員也可經(jīng)由電話中交談或推斷而對路名、速度、路標(biāo)或是道路交叉點提出文學(xué)性的輸入，這文字性的數(shù)據(jù)可經(jīng)由一文字、位置轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)庫而轉(zhuǎn)換成一個大約的位置信息，這些數(shù)據(jù)庫包括美國郵件服務(wù)地圖中的地址數(shù)據(jù)庫或是大眾服務(wù)回應(yīng)點的911數(shù)據(jù)庫。在更高一級的系統(tǒng)中對相關(guān)聯(lián)信息的詢問可經(jīng)語音合成的自動控制或是經(jīng)由電腦及操作員間溝通的自動化控制而結(jié)合進一車輛的通信器材中，而且所有的反應(yīng)可經(jīng)由語音鑒別處理或直接將數(shù)據(jù)導(dǎo)入有著方位及特征的測量的關(guān)聯(lián)處理過程中而作分析。
在圖四中解釋了如何利用從一連串的方位線測量中計算出一移動無線電收發(fā)機的速度及方向，在此例子中，一移動式無線電收發(fā)機40正沿著一條限制的公路41(495號州際公路)移動，操作員或處理機指出了這些方位線與一即定的公路的交叉點(地圖配合)的處理機可計算出連續(xù)點之間的平均速度，信號從移動無線電收發(fā)機40發(fā)出的到達方向的改變率與一和方位線垂直的收發(fā)機分速度成正比，在信號到達方向與可能的路的交點上，將此分速度投影至其正切面上，相關(guān)的速度及移動方向便可被估測出。另外，連線的對其到達方向作觀測加上他們與可能道路交叉的評估，更可增加對這些有關(guān)移動的參數(shù)作估計的準(zhǔn)確性，藉著利用適當(dāng)?shù)牡缆肪W(wǎng)絡(luò)速度分配圖表，對可能行徑路線的估計時速的評估可使得這移動式收發(fā)機的實際行徑中更可能被預(yù)測出來。
這項發(fā)明所需的裝置可包括一般用途的處理設(shè)施，例如以Intel 486晶片為基礎(chǔ)的微處理機或是以Pentium中央處理單元(CPUs)或是Motorola 68040或是Power PC CPUs為主的微處理機，此關(guān)聯(lián)性的計算可以定出測得的方位及其他可能特征、談話中的信息及人為的評估與在大量儲存設(shè)備例如磁盤、CDROM、氣泡記憶體及磁帶介質(zhì)的這最佳結(jié)合，為了能快速地取得大量不同形式的地理數(shù)據(jù)，這些高使用量，大量儲存的設(shè)施入須經(jīng)由高輸出的數(shù)據(jù)傳輸管道來與這數(shù)據(jù)處理設(shè)施作信息傳輸，這些管道包括有那些含有直接處理器總線的磁盤接口以及ethernet處理機間網(wǎng)絡(luò)。
圖五中，顯示了一種以現(xiàn)有蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)為無線電通訊系統(tǒng)而以此專利發(fā)明的一種裝置為監(jiān)督交通流量的方法，目的是利用移動式收發(fā)機40去當(dāng)作一個探測器，去決定出沿著公路51上交通流量，一蜂窩電話40發(fā)射出一射頻信號而被傳感站10上的一接收器32接收到，較理想的情況是，這些方位線及其他觀察到信號特征的信息被傳送到一控制站或是交通管理中心53應(yīng)盡可能地傳輸方位線及其他特征性信息而不是傳輸所接收到的信號或是其他的基本數(shù)據(jù)以減少傳輸信息的數(shù)量。這些方位線與關(guān)聯(lián)性的信息被處理后，然后在一電腦屏幕54上被展示出來，其他例如車輛在公路51上行駛速度等的有用信息也一并被展示出來。
這項發(fā)明的基本原理，具體實現(xiàn)以及操作模式，已在先前的詳述中提出，這里所提出的具體實現(xiàn)只是被用來解釋此一發(fā)明而并非限制于此，先前的所有陳述不可被用作限制于那些適合人們的相類似結(jié)構(gòu)，而實際上，是可擴充其應(yīng)用范圍至其他尚未被實現(xiàn)的用途上，對先前的舉例作些變化及改變均是可行的，只要不要偏離此發(fā)明的后附權(quán)利要求的范圍以及其精神就可。
權(quán)利要求
1.在一無線電通訊系統(tǒng)中的一種用來定出一移動式無線電通訊收發(fā)機位置的裝置，包含一基本已知位置的傳感站，此傳感站以一對方向敏感的接收天線來接收從移動收發(fā)機傳來的無線電信號。一信號特征處理單元，用于從此無線電信號中決定出一個從傳感站至移動式無線電收發(fā)機的方位線。一個有關(guān)移動式收發(fā)機的并行信息源。一個多元參數(shù)關(guān)聯(lián)性處理單元，用于從方位線信息及并行信息以及一個移動式收發(fā)機的可能位置等信息中決定出一個可能的位置，及該移動收發(fā)機的可能位置的一輸出指示。
2.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中并行信息為地勢信息。
3.如權(quán)利要求1中所述的裝置，然而并行信息由操作員而輸入。
4.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中此多元參數(shù)關(guān)聯(lián)單元包含一種裝置能從方向性信號之中確認此無線電收發(fā)機的相對運動。
5.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中并行信息包含從由發(fā)送鑒別，無線電信號發(fā)送時的與地理敏感的特征以及地圖對比的信息構(gòu)成的組中選出的信息。
6.一種用在一蜂窩式或蜂窩狀通訊系統(tǒng)中來對一移動式無線電通訊收發(fā)機作定位的方法，包含基于從移動式收發(fā)機傳出的無線電訊號量取從基本已知位置的傳感站到這個移動式收發(fā)機的一條方位線。輸入與此移動收發(fā)機位置有關(guān)的并行信息。從方位線信息及并行信息中的關(guān)聯(lián)性來指出此移動式收發(fā)機的可能位置，及指示該移動收發(fā)機的可能位置。
7.一個用來在一無線電通信系統(tǒng)中對一移動式無線電收發(fā)機作定位的裝置，包含一基本已知位置的傳感站。用來決定出從傳感站到移動式無線電通訊收發(fā)機的方位線的裝置，及可用來結(jié)合并行信息與方位線信息來決定出移動式無線電收發(fā)機的方位的裝置。
8.一種用于在一無線電通訊系統(tǒng)中對一移動式無線電收發(fā)機進行定位的方法，包含從一已知位置的傳感站，決定出一條指向此移動式無線電通訊收發(fā)機的方位線。結(jié)合此方位線信息與并行信息以決定出該移動式無線電收發(fā)機的地點。
全文摘要
一種用于在一蜂窩電話或蜂窩式通信系統(tǒng)中定位一移動無線通信收發(fā)機的方法和裝置使用一簡化系統(tǒng)以被動地監(jiān)視由該收發(fā)機發(fā)射的信號。一單一的基地站能確定該遠程收發(fā)器的無線電方位線,然后將此方位線與關(guān)聯(lián)的位置感應(yīng)信息結(jié)合以確定該收發(fā)機的可能位置。本發(fā)明尤其適用于道路交通,它有利于加強對援助呼叫的反應(yīng)而實施緊急服務(wù)和道路幫助,并且允許對交通流量的被動監(jiān)視。
文檔編號G01S19/09GK1174610SQ95196005
公開日1998年2月25日 申請日期1995年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月3日
發(fā)明者約翰·E·馬洛尼, 小查里斯·J·欣克爾, 詹姆斯·O·史蒂文森 申請人:暮落客有限公司